傳(chuan) 統的光學係統設計通常利用透鏡的折射特性，但是對於(yu) 需要在廣泛的激光波長範圍內(nei) 實現多光譜成像的應用，基於(yu) 透鏡的係統就明顯無法勝任了。相比之下，反射光學係統不但能夠解決(jue) 大功率多光譜傳(chuan) 輸，而且還能有效降低係統複雜度，節約本錢。

　　在激光聚焦和多光譜成像應用中，折射式鏡頭的麵型設計麵臨(lin) 著兩(liang) 大主要挑戰：挑戰之一是散射，事實上這也是每種介質的固有特性，波長決(jue) 定了光束通過鏡頭的速度。散射導致不同波長的光線在聚焦時，焦點位置會(hui) 有差異。複合鏡頭可以解決(jue) 這個(ge) 題目——通過選擇各種不同的材料做成鏡頭，由於(yu) 每種材料都具有不同的光學特性，因此彼此之間可以互相平衡散射。

　　然而，這種方法隻能工作在有限的波段，通常是工作在一些特殊波段，如可見光波段、近紅外波段以及短波紅外波段（SWIR）等。帶寬越寬，需要的元件就越多。這種折射方法除了需要花費更多的時間和本錢外，其光學透射範圍也會(hui) 受到各種鏡片的化學性質和固有特性的限製。

　　因此，這便導致了折射係統的第二個(ge) 缺點：吸收。在大功率激光聚焦係統中，即使是很小一部分的光能量被吸收，就可能導致鏡頭嚴(yan) 重損壞。傳(chuan) 統的解決(jue) 方案是選擇鏡頭材料以及鍍膜，以進步對應激光波優(you) 點的透射率。

　　不幸的是，當同時需要多譜成像和大功率激光器時，這兩(liang) 種解決(jue) 方案並不能互相補足。在折射係統中，由於(yu) 波段變寬，鍍膜所能夠達到的高透射任性能大大降低。因此對於(yu) 一個(ge) 傳(chuan) 統的鏡頭係統來說，要麽(me) 需要限製光譜範圍，要麽(me) 限製激光功率，這兩(liang) 者不能同時滿足。

　　多透鏡需求

　　突顯這種困境的潛伏本錢的一種應用是：在生產(chan) 過程中檢測和修理平板顯示。用可見光掃描整個(ge) 平板表麵，以找有缺陷，一旦缺陷被識別出來，高功率激光束（通常由1064nm的Nd:YAG激光器輸出）就會(hui) 對準缺陷部位進行融化。對於(yu) 服務於(yu) 該應用的單獨光學係統，其必須在紅外波段和可見光波段有著很高的透射率。而且，係統必須要將紅外光和可見光聚焦在相同點，這樣才能保證激光束能夠可靠地投射到缺陷處。

　　即便是能夠找到合適的材料在如此寬泛的波段都能提供優(you) 良的透射性能，如此複雜且要求苛刻的光學係統也會(hui) 非常昂貴。因此，已經實施的解決(jue) 方案就是使用兩(liang) 組複合物鏡。第一組複合物鏡用於(yu) 可見光掃描，通常結合氦氖激光器光斑通過係統透射用於(yu) 準直目的。當氦氖激光光斑指向缺陷部位時，透鏡係統的電動控製台就會(hui) 移動到此處，然後用近紅外光來代替可見光路並進行激光往除。

　　由於(yu) 需要多重鏡頭組、電動調整台等，因此這種方案不但本錢高昂，而且維修用度也非常高。近紅外鏡頭與(yu) 可見光鏡頭不能夠同時聚焦在相同的平麵，因此係統的準直非常重要，以確保激光燒蝕正常工作。

　　假如采用反射光學係統，則隻需要幾個(ge) 光學元件就能滿足該應用需求，由於(yu) 反射係統不受波長約束。反射係統不會(hui) 產(chan) 生散射；聚焦隻與(yu) 幾何麵型有關(guan) 係，因此不需要用多種元件進行校正。反射光路通過係統（取決(jue) 於(yu) 反射鏡的反射率）與(yu) 波長有關(guan) ，但是波長對其產(chan) 生的影響並不大。金屬反射膜的光譜範圍有10μm、20μm等，不同的材料有著不同的反射率，從(cong) 而答應反射鏡處理從(cong) 紫外（150nm）到短波紅外（20μm）波段的光。假如需要極高的反射率以避免激光內(nei) 部熱源的影響，則需要特殊的激光膜層，以進步激光波優(you) 點的反射率，同時在其餘(yu) 波段不會(hui) 對係統的性能產(chan) 生影響。

　　典型的反射係統隻有幾個(ge) 光學元件：一個(ge) 主鏡用來聚焦，一個(ge) 二級反射鏡將光路進行轉折到更有利的位置。二級反射鏡由一個(ge) “三腳架”固定，並用一個(ge) 鏡筒來固定整個(ge) 光學係統（見圖1）。由於(yu) 這種反射係統簡化了光路，因此與(yu) 折射係統相比，能夠大幅縮減本錢，而且可以使結構變得更加緊湊，更加牢固，這是由於(yu) 通過反射鏡的反射，係統的光軸發生變化，從(cong) 而減少了係統的長度。

　　圖1：僅(jin) 采用兩(liang) 個(ge) 反射鏡就能夠進行廣域光譜成像，同時沒有色差

　　例如，在麵板檢測以及維修時， 反射係統的優(you) 點能夠得到很好的體(ti) 現：隻需要一個(ge) 鏡頭就能夠代替折射係統的兩(liang) 個(ge) 鏡頭，不需要安裝電動移位台器件，體(ti) 積得到進一步縮小，降低了本錢，並能夠進步產(chan) 能，由於(yu) 在使用時不再需要轉換物鏡。這種簡化版的光學設計同時意味著係統調整變得更加簡單，比折射係統的投資回報率高出了很多。