解读激光束的反射和吸收的原理
如果被加工表面反射过多的光能,则吸收的能量减少,工作效率降低,并且反射光可能对光学系统造成损害。因此激光束的反射和吸收与激光加工密切相关。
吸收和反射的值与以下关系相关:
反射率 =1- 吸收率(对于不透明材料)或
反射率 =1- 吸收率 - 透射率(对于透明材料)

光在介质中的传输
从空气到不透明的完美平坦干净金属表面的法线入射角的反射系数 R 可以使用以下公式计算:
R=[(1-n) 2 +k 2 ]/[(1+n) 2 +k 2 ]
不透明金属表面的吸收率A为:
A=1–R=4n/[(n+1) 2 +k 2 ]
其中n是材料的折射系数,k是材料的消光系数。这两个值都可以在手册中查找。我们在下表中列出了一些值。请记住,这些光学特性是辐射波长的函数,并随温度而变化。
接下来我们研究影响反射率和吸收率的因素。
波长:波长越短,光子的能量越高 。波长较短的光子比波长较长的光子更容易被材料吸收。因此,R 通常随着波长变短而减小,而当光子能量增加时吸收增加。
温度:随着温度升高,声子数量将会增加。电子更有可能与结构相互作用,而不是与入射光子相互作用。因此,随着温度的升高,反射率下降,吸收率增加。
入射角和偏振面:反射率随入射角和偏振面而变化。如果偏振面位于入射面,则该光线称为平行光线(“p”光线);如果偏振面垂直于入射面,则该射线称为“s”射线。“p”射线和“s”射线的完美平面的反射率系数为:
R p =[(n-1/cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+1/cos f ) 2 +k 2 ]
R s =[(n-cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+cos f ) 2 +k 2 ]
其中f是入射角,n是折射系数,k是材料消光系数。我们看到这里p射线和s射线的反射率是不同的,p射线比s射线更容易被材料吸收。
例:利用表中的数据,求出Nd:YAG激光束辐射在Al表面上的s射线和p射线反射和吸收,入射角为60度。
解:对于铝,k=8.5,n=1.75,
R s =[(n-cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+cos f ) 2 +k 2 ]=[(1.75-cos60)^2+8.5^2]/[(1.75+cos60)^2+8.5^2]=73.8125/77.3125=0.955=95.5%
s 射线吸收率 =1-Rs=4.5%
R p =[(n-1/cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+1/cos f ) 2 +k 2 ]=[(1.75-1/cos60)^2+8.5^2]/[(1.75+1/cos60)^2+8.5^2]=72.3125/86.3125=83.8%
p 射线吸收 =1-Rp=16.2%

例:利用表中的数据,求 Nd:YAG 激光束辐射在 Fe 表面上的 s 射线和 p 射线反射和吸收,入射角为 60 度。
解:对于铁,k=4.44,n=3.81,
R s =[(n-cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+cos f ) 2 +k 2 ]=[(4.44-cos60)^2+3.81^2]/[(4.44+cos60)^2+3.81^2]=77.18%
s 射线吸收率 =1-Rs=22.82%
R p =[(n-1/cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+1/cos f ) 2 +k 2 ]=[(4.44-1/cos60)^2+3.81^2]/[(4.44+1/cos60)^2+3.81^2]=36.56%
p 射线吸收 =1-Rp=63.44%
-
透镜倒边设计在光机系统装配中的应用与规范
在精密光机系统与光学镜头的设计装配过程中,透镜倒边是保障光学元件结构安全、提升装配精度、优化系统稳定性的关键工艺细节。合理的倒边设计不仅能够有效避免透镜边缘破损,还能改善装配受力状态、消除加工残余应力,对提升光学系统整体可靠性与使用寿命具有重要意义。本文结合光机系统设计相关技术要求,对透镜倒边的类型、功能及典型结构设计要点进行梳理,为光学结构设计与装调工作提供参考。
2026-04-13
-
反射式自准直法测量光学元件中心偏原理详解
反射式自准直测量法是中心偏检测的经典高精度方法,基于几何光学自准直原理,通过非接触式光路实现微米甚至亚微米级的偏心量检测,广泛应用于光学制造、计量与装配领域。本文结合原理示意图,系统解析该方法的系统组成、核心原理、技术优势与应用场景。
2026-04-13
-
VR镜头虚像距(VID)与MTF测试光路方案解析
VR光学镜头作为虚拟现实设备的核心成像组件,其光学性能直接决定终端产品的视觉呈现效果与用户体验。虚像距(VID)、调制传递函数(MTF)作为表征镜头成像质量的核心指标,其精准测量是VR镜头研发设计、工艺优化及量产质量管控的关键环节。VR镜头属于典型的有限-有限物像共轭光学系统,具备物距短、虚像距长的工作特性,常规光学检测设备难以直接适配其测试需求。本文结合行业主流检测方案,详细解析VR镜头虚像距与MTF的两类核心测试光路,为光学检测与产品质控提供技术参考。
2026-04-13
-
超硬AR与普通AR抗反射膜的核心差异解析
在光学显示与光学器件领域,AR抗反射膜作为提升画面清晰度、优化光学性能的关键组件,应用场景日益广泛。目前市场上的AR抗反射膜主要分为普通AR与超硬AR两类,二者虽均以“减反增透”为核心目标,但在性能表现、适用场景等方面存在显著差距。本文结合膜层材料、结构设计、工艺路线等核心维度,系统解析两类AR膜的本质区别,为行业应用与选型提供参考。
2026-04-10
-
固体激光器谐振腔内光斑尺寸计算方法及工程应用
在固体激光器设计与性能优化中,谐振腔内光斑大小分布是决定光束质量、元件耐受功率及系统稳定性的核心参数。受增益介质热效应、腔型结构与光学元件排布等因素影响,腔内光斑尺寸并非固定值,需通过系统化建模与传输计算实现精准求解。本文基于热透镜等效模型与ABCD传输矩阵理论,系统阐述固体激光器谐振腔内光斑尺寸的完整计算流程、稳定性判据及工程应用价值,为激光器光学设计提供理论参考。
2026-04-10