Зеркала

  Уважаемый слушатель, Вам предлагается изучить тему "Зеркала". Тема состоит из трех уроков. Также вы сможете проверить свои знания выполнив тест самоконтроля и задания самостоятельной работы.

 

Перед тем как приступить к изучению темы Вам, уважаемый слушатель, предлагается познакомиться с общими положениями, узнать оптические свойства зеркал, как изготавливают зеркала и где их применяют.

 

Зеркало, тело, обладающее полированной поверхностью и способное образовывать оптические изображения предметов (в том числе источников света), отражая световые лучи.

Первые сведения о применении металлических зеркал (из бронзы или серебра) в быту относятся к 3-му тыс. до н. э. В бронзовом веке зеркала были известны преимущественно в странах Древнего Востока, в железном веке получили более широкое распространение. Лицевая сторона металлических зеркал была гладко отполирована, обратная — покрыта гравированными либо рельефными узорами или изображениями; форма обычно круглая, с ручкой (у древних греков часто в виде скульптурной фигуры). Стеклянные зеркала (с оловянной или свинцовой подкладкой) появились у римлян в 1 в. н. э.; в начале средних веков они исчезли и снова появились только в 13 в. В 16 в. была изобретена подводка стеклянных зеркал оловянной амальгамой. С 17 в. многообразие форм и типов зеркал (от карманных до огромных трюмо) возрастает; обрамления зеркал становятся более нарядными. Часто зеркала служат отделкой стен и каминов в дворцовых интерьерах эпохи барокко и классицизма. В 20 в. с развитием тенденций функционализма в архитектуре зеркала почти утрачивают декоративную роль и обычно оформляются в соответствии с их бытовым назначением (в простой металлической рамке либо вовсе без обрамления).

  Оптические свойства зеркал

Качество зеркал, тем выше, чем ближе форма его поверхности к математически правильной. Максимально допустимая величина микронеровностей поверхности определяется назначением зеркала: для астрономических и некоторых лазерных зеркал она не должна превышать 0,1 наименьшей длины волны l_min падающего на зеркало излучения, а для прожекторных или конденсорных зеркал может доходить до 10 l_min.

Положение оптического изображения, даваемого зеркалом, может быть определено по законам геометрической оптики; оно зависит от формы поверхности зеркала и положения изображаемого предмета.

Плоское зеркало — единственная оптическая система, которая даёт полностью безаберрационное изображение (всегда мнимое) при любых падающих на него пучках света. Это свойство плоских зеркал обусловило их широкое использование со всевозможными конструктивными целями (поворот светового пучка, автоколлимация, переворачивание изображений и т.д.); такие зеркала входят в состав точнейших измерительных приборов (например, интерферометров).

В оптических системах применяют также вогнутые и выпуклые зеркала Их отражающие поверхности делают сферическими, параболоидальными, эллипсоидальными, тороидальными; применяют и зеркала с поверхностями более сложных форм. Вогнутые зеркала чаще всего (но не всегда) концентрируют энергию пучка света, собирая его, выпуклые — рассеивают. Неплоские зеркала обладают всеми присущими оптическим системам аберрациями, кроме хроматических.

Производство зеркал

В древности в качестве зеркал использовали полированные металлические пластины. С развитием стеклоделия металлические зеркала уступили место стеклянным, отражательной поверхностью которых являлись тонкие слои металлов, нанесённых на стекло. Первоначально небольшие зеркала неправильной формы получали, наливая в стеклянный сферический сосуд расплавленный металл, который, застывая, образовывал отражающий слой (после охлаждения сосуд разрезали). Первые стеклянные зеркала значительных размеров изготовляли нанесением на стекло ртутно-оловянной амальгамы. Впоследствии этот вредный для здоровья работающих способ был заменен химическим серебрением, основанным на способности некоторых соединений, содержащих альдегидную группу, восстанавливать из растворов солей серебро в виде металлическом плёнки.

Зеркала изготовляют также способами металлизации стекла катодным распылением и испарением в вакууме. Толщина алюминиевой плёнки для получения зеркала с максимальной отражательной способностью должна составлять не менее 0,12 мкм. Благодаря повышенной химической стойкости алюминированные зеркала иногда используются как поверхности наружного отражения, которые защищаются оптически прозрачными слоями. Обычно же слой алюминия покрывается непрозрачными лакокрасочными материалами, такими же, как и при серебрении. 

 Применение зеркал в науке, технике и медицине.

Свойство вогнутых зеркал фокусировать параллельный их оси пучок света используется в телескопах-рефлекторах. На обратном явлении — преобразовании в зеркале пучка света от источника, находящегося в фокусе, в параллельный пучок — основано действие прожектора. Зеркала, применяемые в сочетании с линзами, образуют обширную группу зеркально-линзовых систем. В лазерах зеркалах применяют в качестве элементов оптических резонаторов. Отсутствие хроматических аберраций обусловило использование зеркал в монохроматорах (особенно инфракрасного излучения) и многих др. приборах.

Помимо измерительных и оптических приборов, зеркала применяют и в др. областях техники, например в гелиоконцентраторах, гелиоустановках и установках для зонной плавки (действие этих устройств основано на свойстве вогнутых зеркал концентрировать в небольшом объёме энергию излучения). В медицине из зеркал наиболее распространён лобный рефлектор — вогнутое зеркало с отверстием посередине, предназначенное для направления узкого пучка света внутрь глаза, уха, носа, глотки и гортани. Зеркала многообразных конструкций и форм применяют также для исследований в стоматологии, хирургии, гинекологии и т.д.