反射物鏡簡介

顯微鏡物鏡是顯微鏡設(shè)計中易識別的組件之一。 顯微鏡物鏡會放大圖像，因此人眼可以通過目鏡或成像系統(tǒng)（例如成像鏡頭和照相機）輕松查看它們。 傳統(tǒng)物鏡在設(shè)計上是屈光的。 換句話說，它們由一系列光學透鏡組成。 但是，有了對從深紫外到遠紅外進行色彩校正的高倍率聚焦光學器件的需求，促使工業(yè)界為這些波長反射或者基于鏡像開發(fā)經(jīng)濟的現(xiàn)成的顯微鏡物鏡，物鏡就是答案。 這些物鏡采用兩個或更多反射鏡的反射設(shè)計來聚焦光或形成圖像。

反射物鏡常見的類型是兩鏡Schwarzschild物鏡（圖1）。 該系統(tǒng)由一個小直徑的“輔助”反射鏡和一個帶有中心孔的大直徑的“主”反射鏡組成，該輔助反射鏡由星形安裝架固定在適當?shù)奈恢谩?主鏡和副鏡均鍍有金膜，以更好地說明它們在反射物鏡外殼內(nèi)的位置。 這些基于反射鏡的物鏡有兩種配置：用于聚焦應(yīng)用的無限遠校正和用于成像應(yīng)用的有限共軛。

Figure 1:
Anatomy of a Reflective Objective

圖1：反射物鏡的解剖

反映目標的類型

無限遠校正反射物鏡

無限遠校正反射物鏡（圖2）是聚焦應(yīng)用的理想選擇。 準直光（例如激光源）通過副鏡的中心孔進入物鏡，并在其的工作距離處聚焦。 這種配置提供了一種將寬帶或多個激光源聚焦到單個點的經(jīng)濟方法。 常見的應(yīng)用是聚焦合并了可見參考光束的紅外（IR）或紫外（UV）激光（例如Nd：YAG激光）。

圖2：無限遠校正反射鏡設(shè)計

有限共軛反射物鏡

有限共軛反射物鏡（圖3）非常適合成像應(yīng)用。 它們是一種簡單的解決方案，不需要使用任何其他的聚焦光學器件。 這種基于有限共軛鏡的配置可提供出色的分辨率，通?？膳c傳統(tǒng)的折射顯微鏡物鏡互換使用。 無限遠校正的反射物鏡可用于成像應(yīng)用中，而無需添加鏡筒透鏡，并且具有將光束操縱光學器件引入光束路徑的更大靈活性。

圖3：有限共軛反射物鏡設(shè)計

相對于VS的好處。 折光顯微鏡目標設(shè)計

反射物鏡相對于折射物鏡的主要優(yōu)點是其在寬光譜范圍內(nèi)的色彩校正。 在有限范圍內(nèi)（例如可見光譜）提供類似性能的折射物鏡非常受歡迎。 但是，隨著波長范圍開始超出設(shè)計范圍，傳輸和圖像性能會受到影響。 此外，還有許多反射涂層可供選擇，這些涂層在深紫外，紅外和特定激光波長下具有優(yōu)良的性能。

重要的反射物鏡規(guī)格

比較反射物鏡時，需要考慮這些基于反射鏡的系統(tǒng)*的兩個參數(shù)：遮擋和透射波前。 在反射系統(tǒng)中，主鏡的中央部分不會將光線傳輸?shù)捷o助鏡，而是將其通過雜散光擋板反射回來。 為了避免這種情況，許多制造商在主鏡的中央部分放置了吸收性涂層。 還有另外兩個發(fā)生遮擋的位置，即主鏡的直徑和蜘蛛腿的寬度。 將遮蓋作用的所有值都包括在規(guī)定的值中，盡管某些制造商只包括中央遮蓋作用的值。 例如，EdmundOptics®在標準的反射物鏡中包含了所有遮蓋作用。

對于許多需要反射物鏡的應(yīng)用來說，透射波前誤差可能是重要的參數(shù)。 透射波前誤差是指波前進入和離開系統(tǒng)之間的差。 鏡子制造的新進展使得能夠生產(chǎn)和測試高精度的表面，從而創(chuàng)建更好的校正系統(tǒng)。 可以達到λ/ 20峰谷（P-V）數(shù)量級的反射鏡，這些反射鏡可以產(chǎn)生反射物鏡，這些物鏡的透射波前≤λ/ 4 P-V。 例如，埃德蒙光學（Edmund Optics）硬安裝所有固定的TECHSPEC®ReflX™反射物鏡，從而保證了標準線上的λ/ 10 RMS透射波前和高性能線上的λ/ 4 P-V透射波前。 TECHSPEC®ReflX™反射物鏡的固定線已在Zygo GPI-XP干涉儀上進行了主動對準和測試，以確保每個物鏡均在規(guī)格范圍內(nèi)。

這種低波前誤差使反射物鏡具有受限的衍射或近衍射的性能。 衍射受限的物鏡會產(chǎn)生由艾里斑片定義的小聚焦光斑尺寸，可以使用物鏡和波長的數(shù)值孔徑（NA）計算得出：

（1）

要了解有關(guān)Airy磁盤的更多信息，請參閱我們的應(yīng)用筆記“分辨率和對比度限制：Airy磁盤”。

雖然傳統(tǒng)的折射物鏡非常適合特定波長范圍內(nèi)的各種應(yīng)用，但反射物鏡可以替代以提高從深紫外線到遠紅外線的寬帶應(yīng)用中的性能和圖像質(zhì)量。 反射物鏡是FTIR，激光聚焦和橢圓儀應(yīng)用的理想選擇，在這些應(yīng)用中，衍射極限性能和色度校正至關(guān)重要。