Зеркало

Зеркало (далее З) тело, обладающее полированной поверхностью и способное образовывать оптические изображения предметов (в т. ч. источников света), отражая световые лучи. Первые сведения о применении металлических З (из бронзы или в быту относятся к 3-му тыс. до н. э. В бронзовом веке З были известны преимущественно в странах Древнего Востока, в веке получили более широкое распространение. Лицевая сторона металлических З 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 З (с или 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 З амальгамой. С 17 в. многообразие форм и типов З (от карманных до огромных трюмо) возрастает; обрамления З становятся более нарядными. Часто З служат отделкой стен и каминов в дворцовых интерьерах эпохи барокко и классицизма. В 20 в. с развитием тенденций функционализма в архитектуре З почти утрачивают декоративную роль и обычно оформляются в соответствии с их бытовым назначением (в простой металлической рамке либо вовсе без обрамления).   Оптические свойства З Качество З тем выше, чем ближе форма его поверхности к математически правильной. Максимально допустимая величина микронеровностей поверхности определяется назначением З: для астрономических и некоторых лазерных З она не должна превышать 0,1 наименьшей длины волны lmin падающего на З излучения, а для прожекторных или конденсорных З может доходить до 10 lmin.   Положение изображения оптического, даваемого З, может быть определено по законам геометрической оптики; оно зависит от формы поверхности З и положения изображаемого предмета.   Плоское З - единственная оптическая система, которая дает полностью безаберрационное изображение (всегда мнимое) при любых падающих на него пучках света (см. Аберрации оптических систем). Это свойство плоских З обусловило их широкое использование со всевозможными конструктивными целями (поворот светового пучка, автоколлимация, переворачивание изображений и т.д.); такие З входят в состав точнейших измерительных приборов (например, интерферометров).   В оптических системах применяют также вогнутые и выпуклые З Их отражающие поверхности делают сферическими, параболоидальными, эллипсоидальными, тороидальными; применяют и З с поверхностями более сложных форм. Вогнутые З чаще всего (но не всегда) концентрируют энергию пучка света, собирая его, выпуклые - рассеивают. Неплоские З обладают всеми присущими оптическим системам аберрациями, кроме Положение изображения предмета, создаваемого З с поверхностью, обладающей осью симметрии, связано с радиусом кривизны r З 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 З; 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 З:   Свойства отражающих поверхностей. З должно иметь высокий отражения коэффициент. Большими коэффициентами отражения обладают гладкие металлические поверхности: - в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах, - в видимом и инфракрасном, - в инфракрасном. Отражение от любого металла сильно зависит от длины волны света l: с ее 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 З 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 нем составляет 1/4 длины волны. Нечетные слои делаются из материала с высоким n (например, сульфиды окислы тория), а четные - из материала с низким n ( двуокись Коэффициент отражения диэлектрического З зависит не только от длины волны, но и от угла падения излучения.   Производство З В древности в качестве З использовали полированные металлические пластины. С развитием стеклоделия металлические З уступили место стеклянным, отражательной поверхностью которых являлись тонкие слои металлов, нанесенных на стекло. Первоначально небольшие З неправильной формы получали, наливая в стеклянный сферический сосуд расплавленный металл, который, застывая, образовывал отражающий слой (после охлаждения сосуд разрезали). Первые стеклянные З значительных размеров изготовляли нанесением на стекло амальгамы. Впоследствии этот вредный для здоровья работающих способ был заменен основанным на способности некоторых соединений, содержащих альдегидную группу, восстанавливать из растворов солей в виде металлическом пленки. Наиболее распространенный технологический процесс производства З состоит из следующих основных операций: удаления с поверхности стекла загрязнений и продуктов коррозии, нанесения центров осаждения собственно и нанесения защитных покрытий на отражающий слой. Обычно толщина пленки колеблется от 0,15 до 0,3 мкм. Для электрохимической защиты отражающего слоя его покрывают пленкой, соизмеримой по толщине с На пленку наносят лакокрасочные материалы - поливинилбутиральные, нитроэпоксидные, эпоксидные эмали, предупреждающие механические повреждения защитного слоя. З технического назначения изготовляют с отражающими пленками из и др.   З изготовляют также способами металлизации стекла катодным распылением и испарением в вакууме. Особенное распространение получает термическое испарение в вакууме при давлении 6,7·10-2-1,3·10-3 н/м2 (5·10-4-10-5 мм рт. ст.). Испарение осуществляется со жгутов из проволоки либо из жаропрочного тигля. Подготовка поверхности стекла к выполняется еще более тщательно, чем перед и включает обезвоживание и обработку электрическим разрядом при значении вакуума 13,3 н/м2 (10-1 мм рт. ст.). Толщина пленки для получения З с максимальной отражательной способностью должна составлять не менее 0,12 мкм. Благодаря повышенной стойкости З иногда используются как поверхности наружного отражения, которые защищаются оптически прозрачными слоями 23, 2, 2, и др. Обычно же слой покрывается непрозрачными лакокрасочными материалами, такими же, как и при Некоторая неравномерность по спектру и ухудшение отражательной способности З по сравнению с посеребренными оправданы значительной экономией при массовом производстве З   Способами катодного распыления и термического испарения могут быть получены З с пленками большинства металлов, а также диэлектриков. Об изготовлении высокоточных оптических З больших размеров см. в ст. Рефлектор.   Применение З в науке, технике и медицине. Свойство вогнутых З фокусировать параллельный их оси пучок света используется в телескопах-рефлекторах. На обратном явлении - преобразовании в З пучка света от источника, находящегося в фокусе, в параллельный пучок - основано действие прожектора. З, применяемые в сочетании с линзами, образуют обширную группу зеркально-линзовых систем. В лазерах З применяют в качестве элементов оптических резонаторов. Отсутствие аберраций обусловило использование З в монохроматорах (особенно инфракрасного излучения) и многих др. приборах.   Помимо измерительных и оптических приборов, З применяют и в др. областях техники, например в гелиоконцентраторах, и установках для зонной плавки (действие этих устройств основано на свойстве вогнутых З концентрировать в небольшом объеме энергию излучения). В медицине из З наиболее распространен лобный рефлектор - вогнутое З с отверстием посередине, предназначенное для направления узкого пучка света внутрь глаза, уха, носа, глотки и гортани. З многообразных конструкций и форм применяют также для исследований в стоматологии, хирургии, гинекологии и т.д.   Лит.: Слюсарев Г. Г., Методы расчета 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., методы 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.