主题：关于激光反射的汇总贴 -- 吾富有钱时

反射激光的元件大致就是棱镜和平面镜两种，其中平面镜又可分为金属镜和介质膜反射镜。说道这不同的反射元件对激光的反射效果，还要首先说说不同类型的激光。

激光可以从两个方面分类，一是波长，可以从深紫外甚至X光一直延伸到红外。另一个分类方式就是以时间轴上能量的分布方式来分类。可以分为连续激光和脉冲激光。脉冲激光由可以分为单脉冲激光和连续脉冲激光。前者多是微秒纳秒（少数也有皮秒）脉冲，特点是输出时机可调，也就是说，可以由操作者控制什么时候出什么时候不出，类似单发步枪。连续脉冲激光只能由操作者控制开关，其中具体的光脉冲什么时候出很难控制（不是不能控制，但是很难）比较象机关枪。

单脉冲激光器也可以以类似连续的方式工作，比如重复频率提高到100Hz，同时连续脉冲激光器也可以降频到10Hz甚至几Hz。但是虽然这是从表面上看他们表现基本相同，本质上讲还是不一样的。单脉冲激光器，即使高频率工作，它每个脉冲发出的时机还是可调的，而且是连续可调。而连续脉冲激光器输出的频率要想可调，必须用腔倒空技术实现，而且每个脉冲输出的时机不可调控。单脉冲激光器有自由振荡和调Q开关两种模式。连续脉冲激光器就是平常所说的锁模脉冲激光器，其重复频率由腔长（主要因素）和工作波长（极次要因素）共同决定。

一般来说，单脉冲激光每个脉冲的能量比较大，而连续脉冲激光虽然每个脉冲能量很小，但是由于脉冲持续时间短，所以峰值功率远远高于单脉冲激光。从反射性质上来看，只要不聚焦，连续脉冲激光的性质很类似于连续激光。

好了，现在可以讨论反射元件了。

首先说棱镜。用于激光实验的棱镜种类很多，有反射棱镜（直角棱镜和角锥棱镜）、折射分光棱镜（正三角棱镜和佩林 布洛卡棱镜）和偏振选择棱镜（葛兰 泰勒棱镜和渥拉丝顿棱镜）等等很多。棱镜反射激光的工作原理其实很简单，就是棱镜材料和另一界面材料（一般是空气）之间界面的全反射。当角度符合的时候，反射率几乎是100％，但是激光在进入和反射后离开棱镜的时候，会有两次界面非全反射，会损失少量能量。总之棱镜对激光的吸收损失是相当小的（不是不吸收，即使是石英棱镜也会有极少量吸收，但是不影响大局）。棱镜反射，不管连续激光还是各种脉冲激光都适用，不会损伤棱镜，但是超短脉冲激光经棱镜反射后脉宽会被展宽。

这样看起来，用角锥全反射棱镜反射激光不就可以防护激光的攻击了吗？还不是，角锥全反射是建立在两个基础之上的。第一是棱镜的材料对如入射激光来说是透明的。比如石英，它在紫外至近红外这一大段都是透明的，可是在深紫外，和红外段，都有吸收。要是用这样波长的激光照到石英制成的角锥棱镜上，那就会跟打在不透明的钢铁上一样，能量足够就会打穿。第二就是要符合全反射的折射率条件。两个界面的折射率差别越大，全反射的角度范围越宽，可是任何材料对不同光波长的折射率都是变化的。我们平时一般说的折射率，都是指589 nm处的折射率。而如果一束激光，对于棱镜来说不会被吸收，但是因为接近了它的吸收波段，折射率不够大了，那么就可能不再发射全反射了，就要透过去。

再有一点就是激光的聚焦情况。激光是一种很特别的东西，我们平常说的吸收啊透过啊，其规律都是建立在低能量光线的前提下的。而当功率密度高到一定程度的时候，透明和不透明就不再有绝对定义了。如果用高能量的激光向透明的玻璃之类的东西聚焦，一样会打出裂痕来。这种破坏阈值和玻璃材料的纯度有关，但是再纯，功率高到一定程度，还是会打出裂痕来。比如说把飞秒激光聚焦在纯水中，射出的光就不再原来激光的颜色了，基本上就啥颜色都有了，而且还是激光。把纳秒激光聚焦在纯水中，能量足够也会产生白光，在白光之后会有一个爆炸声，同时伴随着第二个光脉冲——声致发光脉冲。水如此，玻璃什么的材料也不会好到哪里去。

总反射率最高的是介质膜反射镜。这种镜子是在光学片基上镀一些透明材料如氧化硅、氟化镁等材料制成的。这些东西都是透明的，但是由于厚度和光波长接近，再加上折射率的差异，就可以由于干涉现象的作用形成不同的反射膜。我们眼睛上的增透膜和这个原理类似，不过厚度不同，一个是增透一个是增反。这些膜有时候会有偏振选择特性。他们的特点是反射率高，但是本身材料很娇嫩，不想棱镜那样皮实。商业激光器基本都用镀膜镜作反射材料。他们可以反射连续激光，和非聚焦的脉冲激光。这类镜子的一个特性是不被反射的部分是透过去的。比如说我用的一片电介质二色镜，反射532nm，效率是90％。同时透过600 nm，透过率是95％。

金属镜是最普通的反射镜。它是利用金属材料中导带丰富的自由电子形成的再发射能力做到的反射。因此反射没有偏振选择性，反射谱范围也很宽。它的特点是不反射的部分光就被吸收。因此即使反射率达到99％（实际达不到），吸收的那部分能量也相当可观。着类镜子，通常用于反射无聚焦的连续激光和低能量无聚焦的连续脉冲激光。至于单脉冲激光，能量稍高，就不能用了，一大一块膜就飞了，很快就只剩玻璃。

再有，考虑激光对物体的损害，要考虑是哪种效应的损害。然后计算损害能力的时候，就计算在该效应有效时间内的功率密度就可以了。

以金属镜是否被激光打坏为例：金属膜被打掉，是因为金属吸收了光能，转化为热能，导致材料本身的形变。这种形变要是缓慢的，金属是有弹性能力能够忍受的，但是如果来得突然，那么就会象爆炸一样产生毁坏作用。这种由弹性形变产生的损坏，基本上时间尺度是微秒到毫秒量级的。因此连续激光要是不聚焦，因为功率密度不够，能量无法积攒起来，就打不坏。而连续脉冲激光器虽然峰值功率很高，但是每个脉冲能量都不高，平均功率也不高。在不聚焦的情况下，引起机械损害的效果类似连续激光。当然，要是脉冲能量大的就不一样了，例如某些单脉冲能量能达到几十毫焦，重复频率只有几十Hz的太瓦级再生放大器输出的飞秒激光，其机械损伤效果和同脉冲能量的的纳秒激光是相同的，甚至更厉害些。纳秒激光器由于脉冲时间在纳秒至微秒，单脉冲能量足够大，所以正是进行机械损害的好手。