二向色镜（源自希腊语dikhroos，意为“双色”），又称双波段反射镜、二向色分光镜或薄膜滤光片，是一种用于选择性反射特定波长范围的光并透射其他波长的光学元件。
与反射所有可见光的标准金属反射镜或通过吸收不需要的波长来滤光的吸收型有色玻璃不同，二向色镜基于薄膜光学干涉原理工作。它们因此能够在吸收可忽略不计的情况下实现极高的反射率和透射率，适用于高功率激光应用和精密光学系统。
工作原理
二向色镜的工作原理基于相长干涉和相消干涉。镜面镀层并非金属，而是由多层微观尺度的透明介电材料构成。
光学干涉
当光入射到两种不同折射率材料的界面时，一部分光被反射，其余光被透射。通过堆叠折射率交替变化的多层膜，可以将反射镜设计为：
- 反射波长： 目标颜色的光波在界面处保持“同相”，由此产生相长干涉，使光以接近 100% 的效率发生反射。
- 透射波长：其他波长在反射方向发生相消干涉，抵消反射，使光线能够透过基底。
入射角（AOI）
二向色镜具有角度敏感性。其光谱性能，也就是反射或透射的具体颜色，会随光线照射表面的角度而偏移。大多数标准二向色镜均按 入射角（AOI）为 45° 设计，因此可使光束相对于光路偏转 90°。
结构与材料
二向色镜由两个主要光学部分组成: 基底和介质膜层。
基底
基片为滤光片提供机械结构。基片必须具有良好的光学平面度和高透过率，以尽量减少散射和波前畸变。常用材料包括：
- 光学玻璃（BK7）：可见光应用的标准材料。
- 熔融石英（UV 级）： 由于其热膨胀系数低（耐热性高）且自发荧光较弱，因此常用于荧光显微镜和高功率激光器。
介质薄膜镀膜
具有功能的“反射镜”表面由数十层（有时为数百层）交替排列的介电材料构成，这些膜层通过真空蒸发或离子束溅射沉积。
- 高折射率层：二氧化钛（TiO2）、五氧化二钽（Ta2O5）。
- 低折射率膜层：二氧化硅（SiO2）、氟化镁（MgF2）。
每层的厚度通常控制为目标波长的四分之一（λ/4），通常称为四分之一波堆。
类型与术语
二向色镜通常按其分割光谱的方式分类：
- 长波通滤光片： 透射比截止点更长的波长，并反射更短的波长。（例如，透射红光，反射蓝光。）
- 短波通滤光片： 透射比截止点更短的波长，并反射更长的波长。（例如，透射蓝光，反射红光。）
- 热反射镜：透射可见光，同时反射红外线（热量）。用于投影系统，防止热量积聚对元件造成影响。
- 冷光镜： 反射可见光，同时透射红外线（热量）。用于医疗和牙科照明，可在不使患者受热的情况下提供明亮照明。
应用
荧光显微成像
在生物成像中，二向色镜通常安装在“滤光片立方体”内，是分离激发光与发射光的关键元件。
- 它将高能量激发光（例如蓝光）向下反射至样品。
- 它将样品返回的低能量发射荧光（例如绿光）透射至目镜或相机。
- 这种分离可确保微弱的荧光不会被强烈的激发光源淹没。
3LCD投影仪
高品质投影仪使用一系列二向色镜，将白光光源分离为红、绿、蓝（RGB）三种分量。
- 一面镜子反射红光，但透射蓝光/绿光。
- 第二片反射镜反射绿光，但透射蓝光。
- 分离后的光束分别通过专用 LCD 面板，再由棱镜重新合束，以投射全彩图像。
激光谐波分离
在激光物理学中，二向色镜用于分离激光谐波。例如，在 Nd:YAG 激光系统中，二向色镜可以将红外基波光束（1064 nm）与倍频绿光光束（532 nm）分离。
