Зеркало оптическое
ЗЕРКАЛО оптическое, оптический элемент, обладающий полированной поверхностью правильной формы, способной отражать свет с соблюдением равенства углов падения и отражения, и образующий оптические изображения предметов (в том числе источников света). Отражающий слой зеркала обычно выполнен из металла (серебра, золота и др.) или диэлектрика и имеет шероховатости размером не больше сотых долей длины волны света. Отражающее покрытие диэлектрического зеркала образовано чередующимися тонкими слоями прозрачных диэлектриков. Действие диэлектрического зеркала основано на явлении интерференции света, возникающей в тонких слоях (смотри Оптика тонких слоев). Вследствие этого диэлектрические зеркала отражают свет в узком спектральном диапазоне.
Наиболее широко используются плоские зеркала, однако в оптических системах применяются выпуклые и вогнутые зеркала со сферической, цилиндрической и параболоидальной отражающей поверхностью. Качество зеркала тем выше, чем ближе его форма к математически правильной. Плоские зеркала дают безаберрационные мнимые изображения. Неплоские зеркала обладают всеми аберрациями, кроме хроматической (смотри Аберрации оптических систем).
Реклама
Положение изображения, даваемого зеркалом, можно получить из законов геометрической оптики. Если отражающая поверхность обладает осью симметрии, то положение предмета и его изображения связаны с радиусом кривизны r у вершины О зеркала (рис.) соотношением: 1/s’ + 1/s = 2/r, где s - расстояние от вершины О до точки А, где расположен предмет высотой l, s’ -расстояние до изображения высотой l’ в точке А’. Эта формула строго выполняется в случае бесконечно малых углов, образуемых световыми лучами с осью зеркала, однако она является хорошим приближением и при конечных, но достаточно малых углах. Бесконечно малый отрезок прямой длиной l, перпендикулярной оси, изображается отрезком прямой также перпендикулярным оси, причём l’ = ls’/s. Если предмет находится на бесконечно большом расстоянии, то s’ равно фокусному расстоянию зеркала: s’ = f’ = r/2. Фокальная плоскость расположена на расстоянии r/2 от вершины зеркала.
Схема зеркала со сферической поверхностью (С - центр сферы радиуса r).
Зеркало должно иметь высокий коэффициент отражения. Большими коэффициентами отражения обладают металлические поверхности: алюминиевые в УФ, видимом и ИК диапазонах, серебряные - в видимом и ИК диапазонах, золотые - в ИК области спектра. Отражение от любого металла сильно зависит от длины волны света: с её увеличением коэффициент отражения возрастает для некоторых металлов до 99% и более. Коэффициент отражения у диэлектриков значительно меньше, чем у металлов; например, стекло с показателем преломления n = 1,5 отражает всего 4% света. Однако, используя интерференцию света в многослойных комбинациях прозрачных диэлектриков, можно получить отражающие поверхности (в относительно узкой области спектра) с коэффициентом отражения более 99% не только в видимом диапазоне, но и в УФ, что невозможно с металлическими поверхностями.
Зеркала применяются в астрономических телескопах, монохроматорах, в оптических резонаторах лазеров и других приборах. В прожекторах и зеркально-линзовых оптических системах применяют также зеркала, представляющие собой линзы, задняя сторона которых является отражающей.
Наиболее распространённый способ изготовления зеркала - нанесение отражающих металлических или диэлектрических покрытий на полированную стеклянную поверхность катодным распылением или испарением в вакууме. В конце 20 века разработаны способы изготовления больших параболоидальных зеркал (для телескопов) из отдельных малых зеркал, положение которых автоматически регулируется так, чтобы отражённый ими свет звезды собирался в одну точку (смотри Адаптивная оптика). Это позволяет в значительной степени компенсировать искажения, создаваемые турбулентной атмосферой.
Лит.: Тудоровский А. И. Теория оптических приборов. 2-е изд. М.; Л., 1952. Ч. 2; Современный телескоп. М., 1968; Пейсахсон И. В. Оптика спектральных приборов. Л., 1970; Максутов Д. Д. Астрономическая оптика. 2-е изд. Л., 1979.
Г. Г. Слюсарев.
Историческая справка. Бронзовые диски, возможно, выполнявшие роль зеркала, известны с рубежа энеолита и бронзового века (могильник Сузы I; Иран, конец 5-го тысячелетия до нашей эры) и в раннем бронзовом веке (например, в майкопской культуре на Кавказе). Несомненные зеркала, имеющие ручки, найдены в погребениях 3-го тысячелетия из Анатолии (Аладжа-Хююк и др.). С позднего бронзового века зеркала получили распространение во многих культурах Евразии (особое значение зеркала отмечено у этрусков, в культурах «скифо-сибирского мира», у сарматов, аланов и др.). В Китае зеркала известны с 12-11 веков, возможно, они заимствованы у южно-сибирских культур, но массовое распространение получили с периода Борющихся царств (453/403-221 до нашей эры). Китайские зеркала эпохи Западный Хань и их имитации были предметом экспорта, достигавшего Европы и оказавшего влияние на ряд типов зеркал римской времени и раннего Средневековья. В Мезоамерике были известны зеркала из антрацита.
Стеклянные зеркала на серебряной или золотой фольге известны в Римской империи с 1 века нашей эры. В 1516 году в Венеции создана технология изготовления больших зеркал из цельного стекла. С 16 века в Западной Европе стала распространяться оловянная амальгама, в 17 веке появились стеклянные зеркала, изготовленные литьём. В 1665 в Сент-Антуанском предместье Парижа основана фабрика зеркал.
Свойство зеркала «удваивать» реальность определяет его символическую и магическую роль в традиционных культурах. Зеркало обычно связывается с потусторонним миром: оно используется в погребальном обряде (в том числе как погребальный инвентарь) и гаданиях, выступает в ритуалах, связанных со смертью (закрытие зеркала в доме покойника; разбитые зеркала в могилах и др.). Зеркало воспринимается, с одной стороны, как опасный предмет (так, распространены запреты на контакт с зеркалами беременных женщин, детей и др.), с другой, подобно другим металлическим и блестящим предметам, - как оберег. В мифах отражение в зеркале (или заменяющей его блестящей поверхности) - один из способов для героя избежать вредоносного магического влияния (например, борьба Персея с Горгоной Медузой). Зеркало считается одной из восьми драгоценностей созерцания в северном буддизме, одним из трёх священных символов японских императоров. Иллюзионистическая способность зеркала создавать «реальность в реальности» используется в европейской живописи с 15 века («Портрет четы Арнольфини» Я. ван Эйка и др.). Зеркало как средство попадания героя в «иной мир» («Зазеркалье») - один из важнейших фантастических мотивов в европейской литературе.
Бронзовое египетское зеркало 14-13 вв. до нашей эры из Акки (Израиль). Израильский музей (Иерусалим).