傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)設(shè)計通常利用透鏡的折射特性，但是對于需要在廣泛的激光波長范圍內(nèi)實現(xiàn)多光譜成像的應(yīng)用，基于透鏡的系統(tǒng)就明顯無法勝任了。相比之下，反射光學系統(tǒng)不但能夠解決大功率多光譜傳輸，而且還能有效降低系統(tǒng)復雜度，節(jié)約本錢。

　　在激光聚焦和多光譜成像應(yīng)用中，折射式鏡頭的面型設(shè)計面臨著兩大主要挑戰(zhàn)：挑戰(zhàn)之一是散射，事實上這也是每種介質(zhì)的固有特性，波長決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，焦點位置會有差異。復合鏡頭可以解決這個題目——通過選擇各種不同的材料做成鏡頭，由于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，這種方法只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，其光學透射范圍也會受到各種鏡片的化學性質(zhì)和固有特性的限制。

　　因此，這便導致了折射系統(tǒng)的第二個缺點：吸收。在大功率激光聚焦系統(tǒng)中，即使是很小一部分的光能量被吸收，就可能導致鏡頭嚴重損壞。傳統(tǒng)的解決方案是選擇鏡頭材料以及鍍膜，以進步對應(yīng)激光波優(yōu)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，這兩種解決方案并不能互相補足。在折射系統(tǒng)中，由于波段變寬，鍍膜所能夠達到的高透射任性能大大降低。因此對于一個傳統(tǒng)的鏡頭系統(tǒng)來說，要么需要限制光譜范圍，要么限制激光功率，這兩者不能同時滿足。

　　多透鏡需求

　　突顯這種困境的潛伏本錢的一種應(yīng)用是：在生產(chǎn)過程中檢測和修理平板顯示。用可見光掃描整個平板表面，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）就會對準缺陷部位進行融化。對于服務(wù)于該應(yīng)用的單獨光學系統(tǒng)，其必須在紅外波段和可見光波段有著很高的透射率。而且，系統(tǒng)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(yōu)良的透射性能，如此復雜且要求苛刻的光學系統(tǒng)也會非常昂貴。因此，已經(jīng)實施的解決方案就是使用兩組復合物鏡。第一組復合物鏡用于可見光掃描，通常結(jié)合氦氖激光器光斑通過系統(tǒng)透射用于準直目的。當氦氖激光光斑指向缺陷部位時，透鏡系統(tǒng)的電動控制臺就會移動到此處，然后用近紅外光來代替可見光路并進行激光往除。

　　由于需要多重鏡頭組、電動調(diào)整臺等，因此這種方案不但本錢高昂，而且維修用度也非常高。近紅外鏡頭與可見光鏡頭不能夠同時聚焦在相同的平面，因此系統(tǒng)的準直非常重要，以確保激光燒蝕正常工作。

　　假如采用反射光學系統(tǒng)，則只需要幾個光學元件就能滿足該應(yīng)用需求，由于反射系統(tǒng)不受波長約束。反射系統(tǒng)不會產(chǎn)生散射；聚焦只與幾何面型有關(guān)系，因此不需要用多種元件進行校正。反射光路通過系統(tǒng)（取決于反射鏡的反射率）與波長有關(guān)，但是波長對其產(chǎn)生的影響并不大。金屬反射膜的光譜范圍有10μm、20μm等，不同的材料有著不同的反射率，從而答應(yīng)反射鏡處理從紫外（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(nèi)部熱源的影響，則需要特殊的激光膜層，以進步激光波優(yōu)點的反射率，同時在其余波段不會對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。

　　典型的反射系統(tǒng)只有幾個光學元件：一個主鏡用來聚焦，一個二級反射鏡將光路進行轉(zhuǎn)折到更有利的位置。二級反射鏡由一個“三腳架”固定，并用一個鏡筒來固定整個光學系統(tǒng)（見圖1）。由于這種反射系統(tǒng)簡化了光路，因此與折射系統(tǒng)相比，能夠大幅縮減本錢，而且可以使結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，更加牢固，這是由于通過反射鏡的反射，系統(tǒng)的光軸發(fā)生變化，從而減少了系統(tǒng)的長度。

　　圖1：僅采用兩個反射鏡就能夠進行廣域光譜成像，同時沒有色差

　　例如，在面板檢測以及維修時， 反射系統(tǒng)的優(yōu)點能夠得到很好的體現(xiàn)：只需要一個鏡頭就能夠代替折射系統(tǒng)的兩個鏡頭，不需要安裝電動移位臺器件，體積得到進一步縮小，降低了本錢，并能夠進步產(chǎn)能，由于在使用時不再需要轉(zhuǎn)換物鏡。這種簡化版的光學設(shè)計同時意味著系統(tǒng)調(diào)整變得更加簡單，比折射系統(tǒng)的投資回報率高出了很多。