Зеркало
Определение "Зеркало" в Большой Советской Энциклопедии
Зеркало, тело, обладающее полированной поверхностью и способное образовывать оптические изображения предметов (в т. ч. источников света), отражая световые лучи. Первые сведения о применении металлических Зеркало (из бронзы или серебра) в быту относятся к 3-му тыс. до н. э. В бронзовом веке Зеркало были известны преимущественно в странах Древнего Востока, в железном веке получили более широкое распространение. Лицевая сторона металлических Зеркало 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 Зеркало (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 Зеркало оловянной амальгамой. С 17 в. многообразие форм и типов Зеркало (от карманных до огромных трюмо) возрастает; обрамления Зеркало становятся более нарядными. Часто Зеркало служат отделкой стен и каминов в дворцовых интерьерах эпохи барокко и классицизма. В 20 в. с развитием тенденций функционализма в архитектуре Зеркало почти утрачивают декоративную роль и обычно оформляются в соответствии с их бытовым назначением (в простой металлической рамке либо вовсе без обрамления).
Оптические свойства Зеркало Качество Зеркало тем выше, чем ближе форма его поверхности к математически правильной. Максимально допустимая величина микронеровностей поверхности определяется назначением Зеркало: для астрономических и некоторых лазерных Зеркало она не должна превышать 0,1 наименьшей длины волны lmin падающего на Зеркало излучения, а для прожекторных или конденсорных Зеркало может доходить до 10 lmin.
Положение изображения оптического, даваемого Зеркало, может быть определено по законам геометрической оптики; оно зависит от формы поверхности Зеркало и положения изображаемого предмета.
Плоское Зеркало — единственная оптическая система, которая даёт полностью безаберрационное изображение (всегда мнимое) при любых падающих на него пучках света (см. Аберрации оптических систем). Это свойство плоских Зеркало обусловило их широкое использование со всевозможными конструктивными целями (поворот светового пучка, автоколлимация, переворачивание изображений и т.д.); такие Зеркало входят в состав точнейших измерительных приборов (например, интерферометров).
В оптических системах применяют также вогнутые и выпуклые Зеркало Их отражающие поверхности делают сферическими, параболоидальными, эллипсоидальными, тороидальными; применяют и Зеркало с поверхностями более сложных форм. Вогнутые Зеркало чаще всего (но не всегда) концентрируют энергию пучка света, собирая его, выпуклые — рассеивают. Неплоские Зеркало обладают всеми присущими оптическим системам аберрациями, кроме хроматических. Положение изображения предмета, создаваемого Зеркало с поверхностью, обладающей осью симметрии, связано с радиусом кривизны r Зеркало в его вершине О (рис. 1) соотношением:
где s — расстояние от вершины О до предмета А, s" — расстояние до изображения А". Эта формула строго справедлива лишь в предельном случае бесконечно малых углов, образуемых лучами света с осью Зеркало; однако она является хорошим приближением и при конечных, но достаточно малых углах. Если предмет
находится на расстоянии, которое можно считать бесконечно большим, s" равно фокусному расстоянию Зеркало:
Свойства отражающих поверхностей. Зеркало должно иметь высокий отражения коэффициент. Большими коэффициентами отражения обладают гладкие металлические поверхности: алюминиевые — в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах, серебряные — в видимом и инфракрасном, золотые — в инфракрасном. Отражение от любого металла сильно зависит от длины волны света l: с её увеличением коэффициента отражения Rl возрастает для некоторых металлов до 99% и более (рис. 2).
Коэффициент отражения у диэлектриков значительно меньше, чем у металлов (для стекла с показателем преломления n = 1,5 всего 4%). Однако, используя интерференцию света в многослойных комбинациях прозрачных диэлектриков, можно получить (в относительно узкой области спектра) отражающие поверхности с коэффициентом отражения более 99% не только в видимом диапазоне, но и в ультрафиолетовом, что невозможно с металлическими поверхностями. Диэлектрические Зеркало состоят из большого (13—17) числа слоев двух диэлектриков попеременно с высоким и низким n. Толщина каждого слоя такова, что оптическая длина пути света в нём составляет 1/4 длины волны. Нечётные слои делаются из материала с высоким n (например, сульфиды цинка, сурьмы, окислы титана, циркония, гафния, тория), а чётные — из материала с низким n (фториды магния, стронция, двуокись кремния). Коэффициент отражения диэлектрического Зеркало зависит не только от длины волны, но и от угла падения излучения.
Производство Зеркало В древности в качестве Зеркало использовали полированные металлические пластины. С развитием стеклоделия металлические Зеркало уступили место стеклянным, отражательной поверхностью которых являлись тонкие слои металлов, нанесённых на стекло. Первоначально небольшие Зеркало неправильной формы получали, наливая в стеклянный сферический сосуд расплавленный металл, который, застывая, образовывал отражающий слой (после охлаждения сосуд разрезали). Первые стеклянные Зеркало 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. Наиболее распространённый технологический процесс производства Зеркало серебрением состоит из следующих основных операций: удаления с поверхности стекла загрязнений и продуктов коррозии, нанесения центров осаждения серебра, собственно серебрения и нанесения защитных покрытий на отражающий слой. Обычно толщина серебряной плёнки колеблется от 0,15 до 0,3 мкм. Для электрохимической защиты отражающего слоя его покрывают медной плёнкой, соизмеримой по толщине с серебряной. На медную плёнку наносят лакокрасочные материалы — поливинилбутиральные, нитроэпоксидные, эпоксидные эмали, предупреждающие механические повреждения защитного слоя. Зеркало технического назначения изготовляют с отражающими плёнками из золота, палладия, платины, свинца, хрома, никеля и др.
Зеркало изготовляют также способами металлизации стекла катодным распылением и испарением в вакууме. Особенное распространение получает термическое испарение алюминия в вакууме при давлении 6,7·10-2—1,3·10-3 н/м2 (5·10-4—10-5 мм рт. ст.). Испарение алюминия осуществляется со жгутов из вольфрамовой проволоки либо из жаропрочного тигля. Подготовка поверхности стекла к алюминированию выполняется ещё более тщательно, чем перед химическим серебрением, и включает обезвоживание и обработку электрическим разрядом при значении вакуума 13,3 н/м2 (10-1 мм рт. ст.). Толщина алюминиевой плёнки для получения Зеркало с максимальной отражательной способностью должна составлять не менее 0,12 мкм. Благодаря повышенной химической стойкости алюминированные Зеркало иногда используются как поверхности наружного отражения, которые защищаются оптически прозрачными слоями Al2O3, SiO2, MgF2, ZnS и др. Обычно же слой алюминия покрывается непрозрачными лакокрасочными материалами, такими же, как и при серебрении. Некоторая неравномерность по спектру и ухудшение отражательной способности алюминированных Зеркало по сравнению с посеребрёнными оправданы значительной экономией серебра при массовом производстве Зеркало
Способами катодного распыления и термического испарения могут быть получены Зеркало с плёнками большинства металлов, а также диэлектриков. Об изготовлении высокоточных оптических Зеркало больших размеров см. в ст. Рефлектор.
Применение Зеркало в науке, технике и медицине. Свойство вогнутых Зеркало фокусировать параллельный их оси пучок света используется в телескопах-рефлекторах. На обратном явлении — преобразовании в Зеркало пучка света от источника, находящегося в фокусе, в параллельный пучок — основано действие прожектора. Зеркало, применяемые в сочетании с линзами, образуют обширную группу зеркально-линзовых систем. В лазерах Зеркало применяют в качестве элементов оптических резонаторов. Отсутствие хроматических аберраций обусловило использование Зеркало в монохроматорах (особенно инфракрасного излучения) и многих др. приборах.
Помимо измерительных и оптических приборов, Зеркало применяют и в др. областях техники, например в гелиоконцентраторах, гелиоустановках и установках для зонной плавки (действие этих устройств основано на свойстве вогнутых Зеркало концентрировать в небольшом объёме энергию излучения). В медицине из Зеркало наиболее распространён лобный рефлектор — вогнутое Зеркало с отверстием посередине, предназначенное для направления узкого пучка света внутрь глаза, уха, носа, глотки и гортани. Зеркало многообразных конструкций и форм применяют также для исследований в стоматологии, хирургии, гинекологии и т.д.
Лит.: Слюсарев Г. Г., Методы расчёта оптических систем, М. — Л., 1937; Зоннефельд А., Вогнутые зеркала, пер. с нем., М. — Л., 1935; Максутов Д. Д., Астрономическая оптика, М. — Л., 1946; Винокуров В. М., Химические методы серебрения зеркал, М., 1950; Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, ч. 2, М. — Л., 1952; Розенберг Г. В., Оптика тонкослойных покрытий, М., 1958; Данилин Б. С., Вакуумное нанесение тонких пленок, М., 1967; Глюк И., И все это делают зеркала, пер. с англ., М., 1970.
И. И. Борисова, В. Н. Рождественский.
Статья про "Зеркало" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 1051 раз
|
