Tükör (optikai)

Fém csiszolásával nyerik őket. Az érdesség csökkentésével a reflektivitás nő . Valójában minél durvább egy felület, annál szórtabb a rajta lévő visszaverődés (a szórt mező és a visszavert mező amplitúdójának aránya az érdességgel növekszik). Bármilyen csiszolt is, a fém azonban mindig elég durva (többek között az üveghez képest), ami korlátozza a tükrök kontrasztját.

Az ilyen tükrök gyártása az ókor óta ismert, bár a csiszolási technikák azóta javultak.

A kétharmad rézből és egy ónból álló ötvözetet elsősorban az első tükörteleszkópokban használták. Ezután akár 70% -os fényvisszaverődést kaptunk.

A tartó itt üvegben van, és a kívánt alak (sík, gömb, parabola, ...) megszerzéséhez csiszolva van. Ezután egy vékony, fényvisszaverő fémes réteget rakunk le. Az így előállított tükörnek előnyös az üveg alacsony érdessége és a fém nagy visszaverő képessége. A használattól függően két folyamat létezik: a mindennapi életben használt tükröket úgy állítják elő, hogy fémeket helyeznek a tükör hátoldalára. Az üveg így megvédi a fényvisszaverő felületet (például az oxidáció ellen), de a fény áthalad az üvegrétegen. Gyakori, hogy a fényvisszaverő réteg mögé egy másik fémréteget teszünk, hogy megvédje azt, és a tükör teljesen átlátszatlan legyen.

Az optikában (csillagászat, interferometria) használt tükröket általában úgy állítják elő, hogy a fémet az elülső felületre helyezik. Így a fény nem jut át ​​az üvegen, ami csak támaszként szolgál. Ez lehetővé teszi a töréshez vagy diszperzióhoz kapcsolódó problémák elkerülését, mivel az üveg keresztezése a fényenergia torzításait és veszteségeit okozhatja.

Egyetlen fémréteg elhelyezése helyett több vékony réteg egymásra helyezése is lehetséges. És módosíthatja a szerelvény fényvisszaverő tulajdonságait vastagságuk és a felhasznált anyagok beállításával.

A dikroikus tükrök ebbe a kategóriába tartoznak.

• Két többrétegű tükör

A fényvisszaverő réteg lerakódása

A fényvisszaverő réteg két fő lerakódási technikát alkalmaz. Az első lehetővé teszi egy vékony ezüst réteg lerakódását, és kémiai redukcióval történik, az üveg bevonásával ezüst-nitrát oldattal. A második a vákuum leválasztás , amely lehetővé teszi vékony alumínium vagy arany réteg előállítását.

Az ezüst lerakódását kémiai redukcióval egy korábban maratott felületen kell elvégezni, különben az ezüst nem tapad elég jól. A reakció Tollens reagensének aldehiddel való reakciója .

Az alumínium lerakódása vákuumkamrában történik, vagyis nagyon alacsony nyomáson. A fém felmelegedve elpárolog, és az üveg hideg felületén ülepedik. A vákuum lehetővé teszi a részecskék ütközésének lehető legnagyobb mértékű korlátozását, amíg el nem érik a tükröt. Ehhez a nyomást 1 × 10 −4  Torr alá kell csökkenteni (azaz kevesebb, mint 1  × 10 −2  Pa ). A lerakódott réteg vastagsága néhány tíz nanométer nagyságrendű.

Üveg nagyolás és polírozás

A nagyolás lehetővé teszi a tükör alátámasztásának kívánt formáját. A polírozás segít csökkenteni az érdességet.

A fémek fényvisszaverő képessége

Minőségi kritériumok

A minőség a tükör sok függ, hogy a felület a hordozó, általában üveg. Ez a felület várhatóan a lehető legegyenletesebb és simább lesz. A tükör első minőségi kritériuma tehát az alakban (nagy térbeli skála) és a hullámzásban (átlagos térbeli skála), vagyis a kívánt alaktól való eltérésben rejlik. Túl nagy alakhiba vagy túl nagy hullámzás torz, rossz minőségű képet eredményez, vagy megnehezíti például a sugarak fókuszálását a kívánt helyre. Második kritérium az érdesség (kis térbeli méret): minél nagyobb ez, annál kevésbé fontos a tükrös visszaverődés, a fény nagyobb része diffúz módon tükröződik.

Az elvárások e kritériumok teljesítéséhez a tükör felhasználási területétől függenek. Az interferometriában használt tükröknek nagyon alacsony az alakhibájuk, míg a háztartási tükör esetében szabad szemmel nem látható hibát tolerálnak. Az olyan területek, mint a csillagászat , ahol a kép minősége elengedhetetlen, nagyon igényesek lesznek az érdesség szempontjából.

Mechanikus vezérlési technikák

Ezek a technikák olyan szondát használnak, amely a vizsgálandó felület mentén mozog. A szonda magasságának változásai lehetővé teszik a hibák észlelését és a felszín feltérképezését.

A profilométerek pontosságát a szondájuk mérete korlátozza, csak a szonda csúcsánál nagyobb hibák észlelhetők.

A szonda mozgatása a teljes felületen hosszú időt vehet igénybe, ezért gyakori, hogy egyszerűen tengelyeken vagy csak egy meghatározott területen végeznek méréseket.

Ezeknek a technikáknak nagy hátránya van: a szonda közvetlen kapcsolatban áll a felülettel, és bizonyos esetekben lebomolhat. Törékeny felületen ezért az optikai technikákat kell előnyben részesíteni.

Optikai vezérlési technikák

A profilozók optikai felhasználási technikái interferometrikusak . Az interferencia peremek ezután a vizsgált felület szintjeit reprezentálják a tökéletesnek tekintett referenciafelülethez képest. A mechanikai technikákkal ellentétben az optikai technikák lehetővé teszik a felület ellenőrzését anélkül, hogy bármilyen fizikai érintkezés lenne vele. Lehetővé teszik a hibák jelenlétének és intenzitásának azonosítását, de nem mindig adnak információt formájukról.

Tükörformák

Megkülönböztetjük a lapos tükröket az ívelt tükröktől. Az ívelt tükrök alkotják a forradalom minden felületének belső vagy külső felületét . A forradalom fő felületei a gömbök , paraboloidok , ellipszoidok és hiperboloidok . Amikor a tükör borítja a belső felületet, akkor homorú tükörről beszélünk, és amikor a külső felületet alkotja, akkor domború tükörről beszélünk.

• Egy homorú tükör konvergálja a sugarakat.

• Egy domború tükör eltéríti a sugarakat.

Minden tükör Descartes visszaverődési törvényeit követi , amelyek kimondják, hogy a visszaverődési szög megegyezik a beesési szöggel . Ívelt tükör esetén az érintõsíkot lokálisan tekintjük a sugár tükörre történõ becsapódásának helyén, és erre az érintõsíkra a visszaverõdés törvényét alkalmazzuk.

Az optikai tengelyen a végtelenségig elhelyezett objektumból érkező fénysugár, vagyis az optikai tengellyel párhuzamos nyaláb a kép fókuszpontjának nevezett pontban konvergál, és a tükör által a végtelenben elutasított nyaláb az objektum fókusznak nevezett pontból származik. A tükrök esetében az objektum és a kép fókusza összekeveredik, akkor a tükör egyetlen fókuszáról beszélünk.

Repülőtükör

A síktükör tökéletesen lapos, visszaverő felület. Ez egy szigorúan stigmatikus optikai rendszer az űr bármely pontjára. A kép adott egy sík tükör szimmetrikus virtuális kép a tárgy tekintetében a sík a tükörben. Egy ilyen tükör fókusza a végtelenben helyezkedik el.

Gömb alakú tükör

A gömbtükör gömb alakú sapkából áll, vagyis egy sík által csonka gömbből. A tükör nyílása tehát kör, a tükör tengelye pedig a nyílásnál normális és a középpontján áthaladó egyenes.

• Ray a Gauss-féle körülmények között cselekszik

• Gömb alakú domború tükör a Gauss-on kívül.

• Homorú gömbtükör, Gauss kivételével.

Egy ilyen tükör szigorúan megbélyegző csak a C középpontja vagy az S csúcsa szempontjából. Azonban azáltal, hogy Gauss-viszonyokba helyezzük magunkat, hozzávetőleges stigmatizmust kapunk a tér bármely pontján, amíg a paraxiális feltételeket tiszteletben tartják.

A tükröt ezután egy sraffozással ellátott szegmens képviseli, mint a síktükröt, de annak görbületét a végein "összehajtott" vonal jelzi.

• A tükrök optikai diagramja Gauss-viszonyok között

• A kép mindig kisebb.

• A kép megnagyítva.

• A kép kisebb és fordított.

Ilyen körülmények között meghatározhatjuk az objektum képének helyzetét a ragozási viszonyok alkalmazásával:

• Descartes-reláció a tetején: 1SNÁL NÉL′¯+1SNÁL NÉL¯=2SVS¯{\ displaystyle {\ frac {1} {\ overline {SA '}}} + {\ frac {1} {\ overline {SA}}} = {\ frac {2} {\ overline {SC}}}}
• Descartes a központhoz viszonyítva: 1VSNÁL NÉL′¯+1VSNÁL NÉL¯=2VSS¯{\ displaystyle {\ frac {1} {\ overline {CA '}}} + {\ frac {1} {\ overline {CA}}} = {\ frac {2} {\ overline {CS}}}}
• Newton kapcsolata: FNÁL NÉL¯×FNÁL NÉL′¯=f2{\ displaystyle {\ overline {FA}} \ szor {\ overline {FA '}} = f ^ {2}}

A végtelenben elhelyezkedő tárgy esetében a kép a fókuszban képződik, Descartes kapcsolata tehát ezt mutatja . (SNÁL NÉL¯→∞){\ displaystyle ({\ overline {SA}} \ rightarrow \ infty)}f=SVS¯2{\ displaystyle f = {\ frac {\ overline {SC}} {2}}}

Így a domború tükör gyújtótávolsága pozitív, míg a konkáv tükör negatív.

Parabolikus tükör

A parabolatükör olyan tükör, amelynek alakja a forradalom paraboloidjának része. Nevezetesen Ghetaldi olasz matematikus tanulmányozta .

A konkáv parabola tükröket széles körben használják vagy párhuzamos fénysugarak előállítására, különösen a projektorokban és a kollimátorokban, vagy egy távoli forrásból származó fény összegyűjtésére és koncentrálására a fókuszában, különösen a távcsövekben. Az elv a fény visszafordításának elve szerint ugyanaz.

Valójában az optikai tengellyel párhuzamos (a tengely végtelen pontjából érkező) nyaláb reflexió után konvergál a parabola fókuszában. Ezzel ellentétben, a fókuszba helyezett forrás párhuzamos fénysugarat ad a parabola tükröződése után. Egy ilyen tükör ráadásul csak erre a ragozásra nézve stigmatikus.

A folyékony tükör technika lehetővé teszi tökéletesen parabolikus tükrök előállítását , amelyek görbülete beállítható aszerint, hogy hol van a fókusztávolság, a gravitációs állandó a figyelembe vett helyen és a tükör szögsebessége. l=g2ω2{\ displaystyle l = {\ frac {g} {2 \ omega ^ {2}}}}l{\ displaystyle l}g{\ displaystyle g}ω{\ displaystyle \ omega}

Elliptikus tükör

Az elliptikus tükör egy forradalmi ellipszoid alakját ölti fel . A konkáv elliptikus tükrökkel konvergáló fénysugarat képeznek, például mozi projektor lámpáiban .

Valójában az ellipszis egyik fókuszpontjából kiinduló sugár visszaverődik a másik fókuszpont felé - ezek geometriai értelemben vett fókuszpontok, és nem az optikai fókuszpont, kombinálva egy ponttól a végtelenig -, ilyen tükör ráadásul megbélyegző csak erre a ragozásra.

Így a lámpát az egyik fókuszpontra , az objektív optikai központját pedig a másik fókuszpontra helyezzük , ami lehetővé teszi a fényáram koncentrálását.

Hiperbolikus tükör

A hiperbolikus tükör a forradalom hiperboloidjának alakját ölti . Ebben az esetben a hiperbola egyik fókuszpontjának sugara visszaverődik, úgy tűnik, hogy a másik fókuszpontból származik - ezek geometriai értelemben vett fókuszpontok, és nem az optikai fókuszpont kombinálva a végtelen -, egy ilyen tükör ráadásul csak erre a ragozásra nézve stigmatikus.

Freeform tükör

Alkalmazások

Csillagászat