Zwierciadło optyczne - Polski Serwis Naukowy

Zwierciadło optyczne, lustro – gładka powierzchnia o nierównościach mniejszych niż długość fali świetlnej. Z tego względu zwierciadło w minimalnym stopniu rozprasza światło, odbijając większą jego część. Dawniej zwierciadła wykonywano poprzez polerowanie metalu, później została opanowana technologia nakładania na taflę szklaną cienkiej warstwy metalicznej (zwykle srebra) metodami chemicznymi. Obecnie lustra produkuje się poprzez próżniowe naparowanie na szkło cienkiej warstwy metalu (najczęściej glinu).

Reflektor - zwierciadło optyczne wklęsłe, służące do ograniczenia padającej na nie wiązki energii o charakterze falowym (np. promieniowanie elektromagnetyczne, fala akustyczna) do wiązki równoległej lub wąskiego kąta bryłowego. Służy do zwiększenia gęstości energii danej fali. Lustro to działa jak soczewka skupiająca. Reflektor służy do ułatwienia obserwacji danego zjawiska falowego, lub wysłania fal w określonym kierunku.

Długość fali — najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali — zob. rysunek). Dwa punkty fali są w tej samej fazie, jeżeli wychylenie w obu punktach jest takie samo i oba znajdują się na etapie wzrostu (lub zmniejszania się). Jeżeli w jednym punkcie wychylenie zwiększa się a w drugim maleje, to punkty te znajdują się w fazach przeciwnych.

Rodzaje zwierciadeł

Bieg promieni w zwierciadle płaskim. A – obiekt, A' – obraz pozorny

Bieg promieni w zwierciadle sferycznym. F – ognisko, C – środek krzywizny zwierciadła

Ze względu na kształt powierzchni, zwierciadła dzieli się na

płaskie

wklęsłe (skupiające)

wypukłe (rozpraszające)

Ze względu na rodzaj krzywizny zwierciadła wklęsłe i wypukłe dzieli się na:

Lustro, zwierciadło – gładka powierzchnia odbijająca światło, dzięki czemu powstaje obraz odbity przedmiotów znajdujących się przed lustrem. Także narzędzie dysponujące taką powierzchnią i służące odbijaniu obrazu.

Lorneta (lornetka) – przyrząd optyczny w postaci dwóch lunet, sprzężonych równolegle. Umożliwia obuoczną obserwację odległych obiektów. Lorneta jest tak skonstruowana, aby dawała obraz prosty, czyli nie odwrócony. Zaletą lornety w porównaniu z lunetą (przy tej samej średnicy obiektywu) jest jaśniejszy obraz o większej rozdzielczości. Rozstawienie lunet wpływa także na wrażenie plastyczności obrazu dając efekt stereoskopowy

sferyczne/kuliste

cylindryczne

paraboliczne (paraboloidalne)

hiperboliczne (hiperboloidalne)

inne (o powierzchni opisanej równaniami wyższego rzędu lub nieregularnej)

Zwierciadło płaskie

W zwierciadle płaskim obraz obiektu konstruuje się poprzez wykonanie odbicia symetrycznego względem płaszczyzny zwierciadła. Jest to obraz pozorny, nieodwrócony i tego samego rozmiaru.

Paraboloida obrotowa to nieograniczona powierzchnia drugiego stopnia posiadająca jedną oś symetrii, jedna z odmian paraboloidy, szczególny przypadek paraboloidy eliptycznej.

Pryzmat – bryła z materiału przezroczystego o co najmniej dwóch ścianach płaskich nachylonych do siebie pod kątem (tzn. kątem łamiącym pryzmatu).

Zwierciadło sferyczne

Zwierciadło sferyczne ma powierzchnię będącą fragmentem sfery. Promienie biegnące równolegle do osi symetrii sfery, po odbiciu od wklęsłej strony lustra przechodzą przez lub w pobliżu ogniska optycznego (pod warunkiem, że biegną dostatecznie blisko osi symetrii). Odległość ogniskowa mierzona jako odległość ogniska od wierzchołka zwierciadła (czyli najgłębiej położonego punktu czaszy zwierciadła), wynosi f = R/2, gdzie R jest promieniem krzywizny. Dzięki zdolności do skupiania promieni świetlnych lustro sferyczne wklęsłe może być wykorzystywane w podobny sposób jak soczewka. Obraz, tak pozorny (w przypadku zwierciadła wypukłego) jak rzeczywisty (w przypadku zwierciadła wklęsłego), powstaje w analogiczny sposób jak w przypadku soczewek i do wyznaczania jego położenia stosuje się zasady optyki geometrycznej.

Aberracja chromatyczna, chromatyzm – cecha soczewki lub układu optycznego, wynikająca z różnych odległości ogniskowania (ze względu na różną wartość współczynnika załamania) dla poszczególnych barw widmowych światła (różnych długości fali światła). W rezultacie występuje rozszczepienie światła, które widoczne jest na granicach kontrastowych obszarów pod postacią kolorowej obwódki (zobacz zdjęcie obok).

Powierzchnia to dwuwymiarowy odpowiednik pojęcia krzywej. Także potoczne określenie pola powierzchni (np. mówiąc o "powierzchni w km²" mamy na myśli właśnie pole powierzchni).

Zwierciadło paraboliczne

Bieg promieni równoległych do osi optycznej w zwierciadle parabolicznym

Zwierciadło paraboliczne ma krzywiznę będącą fragmentem paraboloidy obrotowej. Bieg promieni w zwierciadle parabolicznym jest zasadniczo taki sam jak w przypadku zwierciadła sferycznego, z tą różnicą, że wszystkie promienie świetlne równoległe do osi symetrii zwierciadła skupiane są w jednym punkcie, bez względu na odległość od osi. Oś symetrii paraboloidy jest także osią optyczną zwierciadła. Jeżeli przekrój zwierciadła w płaszczyźnie zawierającej oś optyczną ma postać paraboli o równaniu y = ax wtedy odległość ogniskowa wynosi f = 1/(4a).

Ognisko w optyce jest to punkt, w którym przecinają się promienie świetlne, początkowo równoległe do osi optycznej, po przejściu przez układ optyczny skupiający (ognisko rzeczywiste) lub punkt, w którym przecinają się przedłużenia tych promieni po przejściu przez rozpraszający układ optyczny (ognisko pozorne).

Aberracja optyczna - wada pojedynczej soczewki, układu optycznego, obiektywu, a także zwierciadła niepłaskiego, polegająca na deformacji uzyskanego obrazu, a w szczególności zniekształceniu, pogorszeniu ostrości lub niepożądanych zmianach chromatycznych. Aberrację zmniejsza się stosując zamiast pojedynczej soczewki zespół soczewek wykonanych z różnych gatunków szkła.

Wady zwierciadeł

Ze względu na fakt, iż zwierciadło zmienia bieg promieni tak samo, niezależnie od długości fali światła, zwierciadła pozbawione są aberracji chromatycznych. Bieg odbitych promieni podlega jednak aberracjom optycznym:

zwierciadła sferyczne ze względu na swój kształt posiadają aberrację sferyczną

zwierciadła paraboliczne nie posiadają aberracji sferycznej, występuje w nich natomiast zniekształcenie o nazwie koma.

Zastosowania

Zwierciadła płaskie są typem najczęściej spotykanym w życiu codziennym:

Ogniskowa (odległość ogniskowa) – odległość pomiędzy ogniskiem układu optycznego a punktem głównym układu optycznego, np. odległość środka soczewki od punktu, w którym skupione zostaną promienie świetlne, które przed przejściem przez soczewkę biegły równolegle do jej osi. Ogniskową można określić zarówno dla soczewek i ich układów, jak i dla zwierciadeł.

Koma lub aberracja komatyczna to w optyce jedna z aberracji optycznych czyli wad układów optycznych. Polega na tym, że wiązka promieni świetlnych wychodząca z punktu położonego poza osią optyczną tworzy po przejściu przez układ plamkę w kształcie przecinka lub komety. Stopień zniekształcenia jest tym większy im dalej od osi optycznej układu znajduje się źródło światła. Obiektyw lub układ optyczny wolny od komy nazywa aplanatem.

lustra i lusterka powszechnego użytku (ścienne, łazienkowe, kieszonkowe, dekoracyjne itp.),

lustra fenickie,

w lustrzankach jako element kierujący światło do wizjera, podnoszony na czas robienia zdjęcia,

w laserach jako elementy ograniczające wnękę rezonansową,

jako elementy zmieniające bieg światła w urządzeniach optycznych,

Niekiedy w miejsce zwierciadeł stosuje się pryzmaty dobrane tak, by wewnątrz nich zachodziło całkowite wewnętrzne odbicie – np. w lornetkach.

Aberracja sferyczna - cecha soczewki, układu optycznego, obiektywu lub zwierciadła sferycznego, polegająca na odmiennych długościach ogniskowania promieni świetlnych ze względu na ich położenie pomiędzy środkiem a brzegiem urządzenia optycznego - im bardziej punkt przejścia światła zbliża się ku brzegowi urządzenia (czyli oddala od jego osi optycznej), tym bardziej uginają się promienie świetlne.

Srebro (Ag, łac. argentum) - pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym. Jest srebrzystobiałym metalem, o największej przewodności elektrycznej i termicznej. W przyrodzie występuje w stanie wolnym, a także w minerałach, takich jak argentyt czy chlorargyryt. Większość wydobywanego srebra występuje jako domieszka rud miedzi, złota, ołowiu i cynku.

Lustro wypukłe.

Zwierciadła wypukłe oraz wklęsłe stosowane są między innymi w:

teleskopach,

obiektywach lustrzanych,

"powiększających" lusterkach kosmetycznych,

samochodowych lusterkach wstecznych,

lustrach ustawianych przy drogach w miejscach szczególnie niebezpiecznych, o ograniczonej widoczności,

lampach i reflektorach

lupach

mikroskopach

aparatach fotograficznych

projektoskopach.

Zwierciadła mogą służyć także do odbijania promieniowania elektromagnetycznego spoza zakresu fal światła widzialnego, tak jak ma to miejsce w przypadku anteny satelitarnej, czy teleskopu rentgenowskiego.

Soczewka - proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet parafiny ).

Obraz pozorny – obraz przedmiotu, który powstaje w wyniku przecięcia się przedłużeń promieni rzeczywistych po ich przejściu przez układ optyczny. Obraz pozorny nie jest widoczny na ekranie. Obraz ten jest widoczny dla obserwatora rejestrującego rozbieżną wiązkę promieni opuszczających układ optyczny. Nasze zmysły, przyzwyczajone do prostoliniowego rozchodzenia się światła, lokują obraz w miejscu, w którym w rzeczywistości nie biegną żadne promienie - stąd nazwa obrazu pozornego. Efekt ten bywa wykorzystywany w pokazach iluzjonistycznych.