מהן מראות אופטיות ואיך הם עובדים

מראה אופטיקה היא רכיב מיוחד שנועד לשקף אור בתוך מערכות אופטיות. מראות אלה יוצרות תמונות ברורות על ידי הכוונת אור ממשטחים שלהם. מכשירים אופטיים רבים מסתמכים על מראות אופטיקה באיכות גבוהה כדי למזער את העיוות ולהעצים את איכות הקורה. שני סוגי המראה הדיאלקטריים והמתכתיים של אופטיקה חיוניים לביצועים של מערכות אופטיות מודרניות, במיוחד כאשר עובדים עם לייזרים בעלי עוצמה גבוהה. מראות אופטיקה של MEMS שונות יכולות להתאים במהירות את קורות המיקוד והעצמות, מה שהופך אותם לבעיות ביישומים מדעיים ותעשייתיים. בעוד שאנשים נתקלים במראות בחיי היומיום, מראות האופטיקה ממלאות תפקיד מכריע במכשירים מדעיים ובטכנולוגיות מתקדמות.

טייקאות מפתח

• מראות אופטיות  מקפיצות אור בדרכים מדויקות. הם עוזרים להנחות, להתמקד או לעצב קורות אור במדע ובכלים יומיומיים. למראות אופטיות באיכות גבוהה יש משטחים חלקים מאוד. יש להם גם ציפויים מיוחדים כדי לגרום להם לשקף טוב יותר ולהימשך זמן רב יותר. מראות מגיעות בצורות שונות כמו שטוחות, קעורות וקמוות. כל צורה מייצרת תמונות שונות ויש לה עבודה משלה. לחלק מהמראות, כמו מראות דו כיווניות ושטחיות ראשונות, יש עיצובים מיוחדים. אלה משמשים לביטחון, מדע ומשרות הזקוקים לדיוק גבוה. בחירת חומר המראה והציפוי הנכון חשוב מאוד. זה נחוץ לביצועים טובים, במיוחד עם לייזרים וצבעי אור שונים. מראות אופטיות חשובות בטלסקופים, לייזרים, כלים רפואיים ומערכות בטיחות. הם עוזרים לשלוט לאן האור הולך. מראות הן לרוב טובות יותר מעדשות לאופטיקה גדולה, קלה ואיכותית. זה נכון לטלסקופים בחלל. הידיעה כיצד מראות עובדות והסוגים שלהם עוזרת לנו ליצור טכנולוגיה טובה יותר. זה גם עוזר בשיפור דברים יומיומיים המשתמשים באור.

יסודות מראה אופטיקה

מהי מראה אופטיקה

מראה אופטיקה היא חלק אופטיקה רפלקטיבי מיוחד. יש לו משטח חלק מאוד שמקפיץ אור בצורה מסוימת. אנשים משתמשים במראות אלה בדברים כמו טלסקופים ומיקרוסקופים. הם משמשים גם במכשירי לייזר. התפקיד העיקרי של מראה אופטיקה היא להזיז או לעצב קורות אור בצורה מדויקת מאוד. מראות אופטיקה  אינן כמו המראות שיש לך בבית. הם חייבים להיות מיוצרים בסטנדרטים גבוהים מאוד עד כמה הם חלקים ומבריקים. מראות אלה עוזרות ליצור תמונות ברורות ולשלוח אור בדיוק לאן שהוא צריך ללכת במדע ובתעשייה.

תכונות מפתח

למראות אופטיקה יש הרבה תכונות חשובות שהופכות אותם שונים ממראות רגילות.

• הרפלקטיביות פירושה כמה אור המראה יכולה להקפיץ בחזרה. רפלקטיביות גבוהה מסייעת למערכות אופטיות לעבוד טוב יותר.

• איכות פני השטח פירושו שהמראה חייבת להיות שטוחה מאוד ולא יש לה שריטות. אפילו סימנים קטנים יכולים להחמיר לאופטיקה רפלקטיבית.

• התנגדות נזקי לייזר פירושה שמראות מסוימות יכולות להתמודד עם קורות לייזר חזקות מבלי לשבור.

• עמידות הציפוי פירושה שציפוי המראה אמור להימשך זמן רב ולא להיהרס מהסביבה.

• התפשטות תרמית פירושה שהמראה לא צריכה לשנות צורה הרבה כאשר היא מתחממת או קרה.

• עיוות חזית הגל פירושו שהמראה לא צריכה לכופף או לסובב את האור כשהוא מקפיץ.

• הרפלקטיביות הספקטרלית ורוחב הפס פירושו שמראות מסוימות משקפות רק צבעים או סוגים מסוימים של אור.

• צורת פני השטח פירושה שמראות יכולות להיות שטוחות או מעוקלות, תלוי במה המערכת האופטית צריכה.

• חומרים פירושו שזכוכית או מתכות מיוחדים משמשים לבסיס המראה, ומתווספים ציפויים כדי שזה יעבוד טוב יותר.

הערה: עד כמה עובד מראה אופטיקה תלויה הן בחומר והן בציפוי. דברים אלה עוזרים למראה לעשות את עבודתה בשימושים שונים באופטיקה רפלקטיבית.

איך מראות עובדות

מראות עובדות על ידי הקפצת אור ממשטחים. כאשר האור פוגע במראה אופטית, שכבת האטומים החלקה שולחת את האור לאחור. זה לא קורה בגלל אטום אחד בלבד. אטומים רבים על פני השטח עובדים יחד כצוות. השדה האלקטרומגנטי של האור פוגש את פני השטח, והאלקטרונים של המראה מגיבים באופן העוקב אחר כללי הפיזיקה הנקראים משוואות מקסוול. זה הופך השתקפות ברורה וחדה.

משטח המראה חייב להיות חלק מאוד להרהור טוב. אם יש בליטות או שריטות, אור מסוים יתפזר והתמונה לא תיראה ברורה. באופטיקה רפלקטיבית, צורת המראה וציפויו של המראה משנים גם כמה טוב הוא מקפיץ אור. מראות שטוחות שולחות אור בחזרה בקו ישר. מראות מעוקלות יכולות להתמקד או לפרוס את האור. האופן בו נוצרת מראה האופטיקה מאפשרת לו לשלוט באור במובנים רבים, כמו ליצור תמונות או להנחות קורות לייזר.

חוק ההשתקפות

עִקָרוֹן

חוק ההשתקפות מספר לנו כיצד האור פועל עם מראה. כתוב שהזווית בה האור פוגע במראה זהה לזווית בה היא מקפיצה. אנו קוראים לזווית הראשונה זווית השכיחות. הזווית השנייה היא זווית ההשתקפות. שתי הזוויות נמדדות מקו שעולה ישר מהמראה. קו זה נקרא הרגיל. כלל זה פועל עבור כל המשטחים החלקים, אפילו באופטיקה ובמכשירים אופטיים.

בכיתה התלמידים יכולים לראות חוק זה עם ניסויים פשוטים. הם משתמשים בקופסאות קרן ובמראות שטוחות כדי ליצור קורות אור דקות. כאשר האור פוגע במראה, התלמידים שואבים את שבילי האור לפני ואחריו מקפצים. הם רואים שהזווית נכנסת תמיד תואמת את הזווית היוצאת. המורים עשויים להשוות את זה לכדור גומי שפוגע בקיר. הכדור מקפיץ באותה זווית שהוא פגע, ממש כמו אור על מראה. בבית התלמידים יכולים להאיר פנס במראה ולהשתמש בנייר כדי לסמן את מסלול האור. מבחן קל זה עוזר להראות את חוק ההשתקפות הוא נכון. אם אתה מסתכל על מראה חלקה ואז על משטח מחוספס, כמו נייר או עור, אתה רואה הבדל. המראה נותנת השתקפות ברורה, אך המשטח המחוספס מפריץ את האור. פעילויות אלה עוזרות להוכיח את חוק ההשתקפות פועלת למראות אופטיות.

היווצרות תמונות

מראות מייצרות תמונות על ידי הקפצת אור בצורה מסוימת. סוג וצורת המראה משנים את התמונה שאתה רואה. באופטיקה, מראות שטוחות, מראות קעורות ומראות קמורים כולם מייצרים תמונות שונות. מראות שטוחות, כמו מראות אמבטיה, מראות תמונות שנראות באותו גודל כמו הדבר האמיתי ונראות שמאחדות למראה. מראות קעורות, כמו אלה שנמצאים בחימום חשמלי, יכולים למקד אור ולצלם תמונות אמיתיות, כמו הסלילים הזוהרים בתוך התנור. מראות קמורות, המשמשות בחנויות לבטיחות, מייצרות תמונות קטנות יותר ומאפשרות לאנשים לראות שטח רב יותר.

הטבלה שלהלן מפרטת כמה דוגמאות בחיים האמיתיים לאופן בו מראות אופטיות שונות יוצרים תמונות:

סוג מראה	דוגמאות בעולם האמיתי	תיאור
מראה שטוחה	מראות אמבטיה, מראות שיניים, מראות איפור, מראות אבטחה בחנויות	תמונות הן בדרך כלל בגודל זהה לאובייקט, או שהן יכולות להיות גדולות יותר או קטנות יותר, תלוי בשימוש במראה (כמו מראות שיניים גורמות לדברים להיראות גדולים יותר, מראות אבטחה גורמות לדברים להיראות קטנים יותר).
מראה קעורה	תנורי חימום בחדר חשמל	משמש לשיקוף חום מסלילים חמים ולציב תמונות אמיתיות של הסלילים.
מראה קמורה	מראות אבטחה בחנויות	מייצר תמונות קטנות יותר כדי שאנשים יוכלו לראות אזור גדול יותר לבטיחות.

מראות אופטיות חשובות בדוגמאות אלה. הם עוזרים לנו לראות תמונות ברורות לשימוש יומיומי ובטיחות. באופטיקה, הידיעה כיצד מראות מייצרות תמונות עוזרת לאנשים לבנות כלים טובים יותר. בין אם במעבדה או בחנות, חוק ההשתקפות מסביר כיצד מראות אופטיות עובדות וכיצד אנו משתמשים בהן כל יום.

סוגים של מראות אופטיות

מראה מטוס

למראה מטוס יש משטח שטוח וחלק. אנשים משתמשים במראות אלה בחדרי אמבטיה ובחדרי הלבשה. במערכות אופטיות, מראה מטוס מייצרת תמונה וירטואלית. המשמעות היא שאתה לא יכול לשים את התמונה על המסך. התמונה נראית זקופה והיא בגודל זהה לאובייקט. מראות מטוס מדפלות שמאלה וימינה, כך שמילים מסתכלות עליהן לאחור. חוק ההשתקפות מסביר כיצד הם עובדים. האור פוגע במראה ומקפיץ באותה זווית.

כמה דברים מרכזיים במראות המטוס הם:

• המשטח שטוח וחלק להרהורים ברורים.

• התמונה בגודל זהה לאובייקט.

• תמונות תמיד זקופות ווירטואליות.

• אין נקודת מוקד והנוף מוגבל.

מראות מטוס חשובות במכשירים רבים ובחיי היומיום. אנשים משתמשים בהם בפריסקופים כדי להסתכל על הדברים. קליידוסקופים משתמשים בהם כדי ליצור דפוסים. מצלמות SLR משתמשות בהן כדי לשלוח אור לעינית. מדענים משתמשים במראות מטוס במיקרוסקופים כדי להאיר אור על דגימות. מראות אלה נמצאות גם בכלי ניווט כמו Sextants. הם עוזרים במערכות בטיחות לצפייה באזורים.

מראה קעורה

מראה קעורה מתעקלת פנימה, כמו פנים קערה. צורה זו מאפשרת לו למקד אור למקום אחד שנקרא נקודת המוקד. כאשר קרני אור ישרות פגעו במראה קעורה, הם מקפצים ונפגשים במקום זה. אורך המוקד הוא מחצית רדיוס עקומת המראה. נוסחת המראה, 1/p + 1/q = 1/f , עוזר למצוא היכן התמונה נמצאת. כאן, P הוא עד כמה האובייקט, Q הוא עד כמה התמונה היא, ו- F הוא אורך המוקד.

התמונה ממראה קעור משתנה עם מקום האובייקט:

• אם האובייקט רחוק, התמונה אמיתית, הפוכה וקטנה יותר.

• אם האובייקט הוא באורך המוקד כפול, התמונה אמיתית, הפוכה ובאותו גודל.

• אם האובייקט הוא בין נקודת המוקד לבין פעמיים לאורך המוקד, התמונה אמיתית, הפוכה וגדולה יותר.

• אם האובייקט הוא בין נקודת המוקד למראה, התמונה וירטואלית, זקופה וגדולה יותר.

מראות קעור משמשות בטלסקופים, פנסים ומראות גילוח. הם עוזרים למקד אור לתמונות ברורות או קורות חזקות.

מראה קמורה

מראה קמורה בולטת, כמו גב כף. צורה זו גורמת לקרני אור להתפשטות לאחר הקפצה. התמונה ממראה קמורה היא תמיד וירטואלית, זקופה וקטנה יותר מהאובייקט. מראות קמוות מציגות אזור רחב, כך שהן טובות לבטיחות ולצפייה.

אנשים רואים מראות קמור במקומות רבים:

1. בטיחות בדרכים: הכניסו לפינות כדי לעזור לנהגים והולכים לראות סכנות.

2. חניונים: עזרו להפסיק תאונות על ידי הצגת שטח נוסף.

3. חנויות וחנויות: משמש כמראות אבטחה כדי לצפות בגניבה.

4. כלי רכב: מראות אחורי וגיבוי מעניקות נוף רחב.

5. מחסנים: הראו שטח נוסף לעבודה בטוחה יותר.

6. מראות שיניים: עזרו לרופאי שיניים לראות בתוך הפה.

7. טלסקופים ומיקרוסקופים: משמשים להפיכת תמונות לגדולות יותר.

מראות קמור עוזרות לאנשים להישאר בטוחים על ידי הצגת יותר מקום ופחות כתמים עיוורים. הם משמשים גם בכלי מדע ורפואה.

מראה דו כיוונית

מראה דו כיוונית נראית כמו מראה רגילה מצד אחד. מהצד השני, זה נראה כמו חלון. אנשים לפעמים קוראים לזה מראה חד כיוונית. למראה זו שכבת מתכת דקה ומראה על זכוכית. המתכת בדרך כלל כסף או אלומיניום. הציפוי מאפשר לאור מסוים לעבור ומשקף את השאר. כיצד עובד מראה דו כיוונית תלוי באור בכל חדר. הצד עם אור יותר פועל כמראה. הצד הכהה יותר פועל כחלון.

מראה	של מראה דו כיוונית	מראה סטנדרטית
בְּנִיָה	זכוכית עם שכבה מטאלית דקה וחצי שקופה	זכוכית עם גיבוי צפוף ומשקף לחלוטין
פוּנקצִיָה	משקף אור מהצד הבהיר; מאפשר לאור לעבור מהצד האפל	משקף אור באופן מלא; שום אור עובר דרך
דרישת תאורה	זקוק לאור בהיר בצד אחד, עמום מצד שני	עובד בכל תאורה
רְאוּת	מראה בצד אחד, חלון בצד השני	רק מראה, בלי רואים
יישומים עיקריים	מעקב, אבטחה, מחקר, חדרי חקירה, מלונות, בנקים	בית, קישוט, טיפוח, עיצוב פנים

מראות דו כיווניות מאפשרות לאנשים לצפות או להקליט מבלי להיראות. עובדי אבטחה משתמשים בהם בחנויות ובבנקים כדי להפסיק לגנוב. המשטרה משתמשת בהם בחדרים כדי לצפות בחשודים. מלונות ומעבדות משתמשים במראות אלה לצורך פרטיות ובדיקת דברים. התאורה חשובה למראה דו כיוונית לעבוד טוב. האדם שצופה צריך להישאר בחדר חשוך. האדם שנצפה בו חייב להיות בחדר בהיר. אנשים יכולים לבדוק אם יש מראה דו כיוונית עם מבחן הציפורניים, הקשה או פנס.

מראה פני השטח הראשונה

למראה פני השטח הראשונה יש את הציפוי המבריק שלה בחזית הזכוכית. המשמעות היא שקפץ אור לפני שהוא עובר על כל זכוכית. מראות פני השטח הראשונות מבהירות תמונות מאוד ברורות וחדות. הם משקפים כמעט את כל האור, בערך 94-99%. זה הרבה יותר ממראות רגילות. מראות אלה אינן מייצרות תמונות רפאים או השתקפויות כפולות.

• מראות משטח ראשונות משתמשות בציפויים מיוחדים כדי לשקף את האור הגדול ביותר.

• הם מפסיקים רוח רפאים, שהיא תמונה שנייה קלושה במראות רגילות.

• אנשים משתמשים בהם בסימולטורים טיסה, לייזרים, אסטרונומיה, סורקי ברקוד ומצלמות מהירות.

• לחלקם ציפויים נוספים כדי לעצור שריטות ונזק למים.

• הם מאוד שטוחים ומדויקים, כך שהם נהדרים למדע והנדסה.

מראות משטח ראשונות הן הטובות ביותר במקום בו יש צורך ברמת דיוק. מדענים ומהנדסים בוחרים אותם למשרות הזקוקות לבקרת אור מושלמת.

מראה משטח שנייה

למראה משטח שנייה יש שכבה מבריקה בגב הזכוכית. הזכוכית שומרת על ציפוי מבטוח מפני שריטות ופגיעה. האור עובר דרך הזכוכית לפני שהוא מקפיץ את הציפוי. זה מחזק את המראה אך יכול לגרום לתמונות רפאים צבעי צבע . מראות משטח שנייה משקפות פחות אור ממראות פני השטח הראשונות.

• הזכוכית מגנה על השכבה המבריקה מפני נגיעה.

• מראות אלה טובות במקום בו אנשים עשויים לגעת או לשרוט אותם.

• הם לא טובים לכלי מדע בגלל רוחות רפאים ושינויי צבע.

• אנשים משתמשים בהם בעסקים ובמפעלים שבהם כוח חשוב יותר מתמונות מושלמות.

מראות משטח שנייה נמצאות במקומות ציבוריים, ריהוט ומקומות שבהם מראות מתרגלות רבות. הם עוזרים לשמור על השכבה המבריקה ולגרום למראה להימשך זמן רב יותר, אפילו עם הרבה שימוש.

פונקציה של מראה אופטית

הפניית אור

מראות אופטיות עוזרות לשנות את כיוון האור בהגדרות רבות. מדענים ומהנדסים צריכים להזיז קרן אור בדרך מסוימת. במעבדות הם משתמשים בדרך פשוטה כדי ליישר את האור בדיוק נכון. הם משתמשים שני אירוסים כנקודות קבועות  כדי שהאור יעבור. כך עובד התהליך:

1. שים שני אירוסים על השולחן כדי לסמן את מסלול האור.

2. העבירו את המראה הראשונה כך שהקורה תעבור דרך הקשתית הראשונה.

3. פתח את הקשתית הראשונה והשתמש במראה השנייה כדי לשלוח את הקורה דרך הקשתית השנייה.

4. המשך לשנות את שתי המראות עד שהקרן עוברת את שני האירוסים.

5. לפעמים, קשתית אחת מועברת בין שני כתמים כדי לשמור על הקורה ישר.
   הגדרה זו נקראת אופטי 'z ' או רגל כלב. זוהי הדרך הנפוצה ביותר לשנות את כיוון האור באופטיקה במעבדה. שיטה זו מאפשרת לאנשים לשלוט לאן האור הולך טוב מאוד. שינוי מסלול האור הוא עבודה בסיסית עבור חלקי מראה אופטיים  בכל מיני מערכות אופטיקה.

מיקוד ואיסוף אור

עבודה גדולה נוספת למראות אופטיות היא להתמקד ולאסוף אור. בכלים כמו טלסקופים ומיקרוסקופים, מראות אוספות אור ושולחים אותו למקום אחד. מהנדסים מייצרים מראות קעור עם ציפויים מיוחדים  כדי לשקף אור יותר. ציפויים אלה עוזרים למראה לעבוד טוב יותר עבור צבעי אור מסוימים. זה חשוב ליצירת תמונות ברורות. בטלסקופים, מראות מעוקלות אוספות וממוקדות אור מרחוק. הם שולחים את האור לעין או לגלאי. במיקרוסקופים, מראות מאירות אור על דוגמאות ואוספות אותו לתמונות. ישנם סוגים שונים של מראות, כמו שטוחים, מעוקלים ועגולים. לכל סוג יש עבודה משלו במערכת. החלקות והברק של המראה חשובים מאוד לקולקציית אור טוב. מראות חלקות משקפות אור בצורה ברורה, בעקבות חוק ההשתקפות. מראות מעוקלות, במיוחד קעורות, ממקדות אור עד לנקודה מסוימת. זה הופך את התמונות בהירות וקלות יותר לראות. דברים אלה מראים מדוע דרושים אופטיקה רפלקטיבית למיקוד ואיסוף אור בכלים מדעיים.

טיפ: בחירת ציפוי המראה הנכון והבסיס עוזרת למראה לעבוד היטב, גם אם הסביבה משתנה.

יצירת תמונה

מראות אופטיות עוזרות גם להגיש תמונות. הכלל העיקרי הוא חוק ההשתקפות. החוק הזה אומר שאור הזווית פוגע במראה זהה לזווית שהיא מקפיצה. מראות שטוחות מייצרות תמונות וירטואליות שנראות זקופות ובאותו גודל כמו האובייקט. נראה כי תמונות אלה עומדות מאחורי המראה, ממש לאחור שהאובייקט מקדימה. מראות כדוריות, כמו קעורות וקמוות, יש אורך מוקד על בסיס עקומתם. משוואת המראה ומעקב קרני מראים כיצד מראות אלה מציגות תמונות. בחיים האמיתיים, אנשים משתמשים בטריקים כמו הגשמה אוטומטית והתקנה אוטומטית כדי ליישר כלים אופטיים. לדוגמה, ב- Autoreflection, טלסקופ מצביע על מראה כך שתוכלו לראות את עדשת הטלסקופ ואת היעד בהשתקפות. זה עוזר להגדיר את הכלי ישר עם המראה. בהיקף אוטומטי, רשת הטלסקופ מוארת, ואור מקביל מקפץ בחזרה מהמראה. כאשר הרשתית המשתקפת תואמת את המקור, הטלסקופ מסודר בדיוק כמו שצריך. דרכים אלה מראות כיצד אופטיקה רפלקטיבית משתמשת בכללי ייצור תמונות לשליטה מדוקדקת בכלים אופטיים. אופטיקה רפלקטיבית מאפשרת לנו ליצור, להתמקד ולהעביר תמונות בתחומים רבים, ממעבדות מדע וכלים יומיומיים. התפקיד של חלקי מראה אופטית עוזר למערכות אופטיקה מודרניות לעבוד היטב ולהישאר מדויקות.

חומרים וציפויים

חומרי מצע

הבסיס של כל מראה אופטית נקרא המצע. חלק זה מחזיק את השכבה המבריקה ומעניק למראה את צורתו וכוחו. חומרי מצע שונים טובים יותר לשימושים שונים באופטיקה רפלקטיבית. הטבלה שלהלן מפרטת כמה אפשרויות נפוצות והנקודות הטובות שלהם:

חומרי מצע	יתרונות
משקפי בורוסיליקט (למשל, BK7)	עלות איכותית, סבירה, איכות אופטית טובה על פני ספקטרום גלוי וכמעט אינפרא אדום
סיליקה התמזגה	בדומה ל- BK7; איכות אופטית מעולה, קשיות טובה ונוקשות
משקפי כתר וצור	קשיות וקשיחות טובה, התפשטות תרמית מתאימה להתאמה עם ציפויים
אפס קרמיקה לזכוכית התפשטות תרמית (למשל, זרודור)	צמצם עיוות תרמי, מקדם נמוך של התפשטות תרמית, אך מוליכות תרמית נמוכה יותר
ספיר ויהלום מלאכותי	קשיות גבוהה, יציבות כימית מעולה
חומרים גבישיים מיוחדים (CAF2, MGF2)	מתאים לאופטיקה אינפרא אדום בגלל תכונות ההעברה שלהם אינפרא אדום

מהנדסים בוחרים את המצע בהתבסס על מה שמערכת האופטיקה צריכה. לדוגמה, סיליקה ו- BK7 התמזגו משמשים רבות מכיוון שהם עובדים טוב ולא עולים יותר מדי. זרודור טוב כאשר שינויי טמפרטורה יכולים לכופף את המראה. ספיר ויהלום נבחרים כאשר המראה צריכה להיות חזקה מאוד ולהתנגד לכימיקלים.

ציפויים רפלקטיביים

הציפוי במראה אופטית מחליט כמה אור הוא מקפיץ לאחור ואילו צבעים הוא עובד הכי טוב. ציפויים חשובים באופטיקה רפלקטיבית מכיוון שהם עוזרים למראה לשקף אור יותר ולהגן עליה.

ציפויים מתכתיים

ציפויים מתכתיים  משתמשים בשכבות דקות של מתכות כמו אלומיניום, כסף או זהב. ציפויים אלה משקפים הרבה אור על צבעים רבים. אלומיניום עובד היטב עבור אור אולטרה סגול ואור גלוי. הכסף משקף בצורה הטובה ביותר בגלוי וכמעט אינפרא אדום. זהב נהדר לאופטיקה רפלקטיבית אינפרא אדום. בחלק מהמראות יש שכבה מיוחדת מלמעלה כדי למנוע את הרוס המתכת. ציפויים מתכתיים נמצאים במראות יומיומיות ובכמה כלים מדעיים, אך הם יכולים לספוג מעט אור.

ציפויים דיאלקטריים

ציפויים דיאלקטריים  משתמשים בשכבות דקיקות רבות של חומרים עם מדדי שבירה שונים. שכבות אלה גורמות לגלים האור מסתכמים, כך שהמראה משקפת יותר בצבעים מסוימים. מהנדסים יכולים לתכנן ציפויים דיאלקטריים כדי לשקף רק כמה צבעים או רבים. ציפויים דיאלקטריים יכולים לשקף יותר מ- 99.5% מהאור בטווח שלהם, ולכן הם נהדרים למראות לייזר ואופטיקה רפלקטיבית בעלת ביצועים גבוהים. הם גם נמשכים זמן רב יותר ויכולים להתמודד עם אור חזק טוב יותר מרוב ציפויי המתכת.

סוג של חומרי ציפוי רפלקטיביים	/מבנה	הרפלקטיביות אורך גל יעיל	מאפייני
סרטים רפלקטיביים של מטאל	אלומיניום, כסף, זהב, נחושת, גרמניום	אלומיניום: להקת 260nm-600nm & 950nm	רפלקטיביות> 90% בלהקות שצוינו; מתכות מספקות כיסוי ספקטרלי רחב וסובלנות רב זוויתית.
		כסף:> 400 ננומטר
		זהב:> 700nm
סרטים דיאלקטריים רב שכבתיים	חומרי אינדקס שבירה גבוהים ונמוכים לסירוגין (למשל, TA2O5/SIO2)	להקות צרות (למשל, 532 ננומטר ± 65nm)	להשיג רפלקטיביות גבוהה מאוד (> 99.5%) בתוך להקות מעוצבות; רוחב פס מוגבל על ידי יחס אינדקס שבירה ועיצוב.
ציפויים מתכת-דיאלקטריים	סרט מתכת עם שכבות דיאלקטריות למעלה	טווחי אורך גל מותאמים	שלב את ההשתקפות הרחבה של מתכת עם שיפור דיאלקטרי לביצועים אופטימליים ולספיגה מופחתת.
ציפויים דיאלקטריים	ערימות רב שכבתי-שכבתי-שכבתי	פס צר (למשל, קווי לייזר)	רפלקטיביות גבוהה עם ספיגה מינימלית, אידיאלית ליישומי לייזר הדורשים אובדן נמוך ויעילות גבוהה.
ציפויים בפס רחב	חומרי תחמוצת רב שכבתי ופלואוריד	טווחים רחבים או אינפרא אדום	נועד לכיסוי טווחים אורך גל רחב, ולשפר את יעילות ההשתקפות על רצועות ספקטרליות רחבות.
ציפויים רפלקטיביים אינפרא אדום	מתכת רב שכבתי ודיאלקטרי (למשל, GE, ZNS)	להקות אינפרא אדום 3-5 מיקרומטר ו 8-12 מיקרומטר	שפר את השתקפות ה- IR, הפחית את אובדן החום, המשמש בהדמיה תרמית ובראיית לילה.

הערה: מהנדסים לפעמים מערבבים ציפויים מתכתיים ודיאלקטריים כדי לקבל את התכונות הטובות ביותר של שתי עבודות אופטיקה רפלקטיביות מיוחדות.

גורמי ביצועים

כמה טוב מראה מראה אופטית תלוי הן במצע והן בציפוי. רפלקטיביות, כמה זמן זה נמשך, ואילו צבעים זה עובד עם כל שינוי על סמך בחירות אלה. לְדוּגמָה, ציפויי אלומיניום מוגנים  משקפים היטב באור גלוי ואינם מגרדים בקלות. אלומיניום משופר משתמש בשכבות נוספות כדי לשקף עוד יותר ולהיות חזק יותר. כסף מוגן משקף היטב מגלוי לאינפרא אדום אך זקוק לשכבה כדי למנוע ממנה להכתים. ציפויי זהב הם הטובים ביותר לאופטיקה רפלקטיבית אינפרא אדום ונשארים יציבים עם שכבת מגן.

איך הציפוי מתבצע גם חשוב. תצהיר אידוי קרן אלקטרונים בסיוע יונים  הופך ציפויים שעובדים היטב ב- UV ויכולים להתמודד עם לייזרים חזקים. התזת קרני יון הופכת ציפויים עבים וחלקים שנמשכים זמן רב, מושלם לאופטיקה בעלת ביצועים גבוהים. התרשים שלהלן מראה עד כמה ציפויים שונים משקפים אור:

על המהנדסים להתאים את המצע והציפוי למה שמערכת האופטיקה המשקפת צריכה. זה עוזר למראה לשקף את כמות האור הנכונה, להימשך זמן רב יותר ולעבוד היטב לצבעים הנכונים.

יישומים

מכשירים מדעיים

מראות אופטיות  חשובות מאוד בכלים מדעיים. מראות אלה עוזרות לאסוף, לשלוח ולמיקוד אור. זה מאפשר לנו לראות או למדוד דברים קטנטנים מדי או רחוקים כדי לראות רק בעיניים שלנו. הטבלה שלהלן מפרטת כמה כלים מדעיים וכיצד הם משתמשים במראות: תפקיד

מכשיר מדעי	של מראות אופטיות
משקף טלסקופים (אסטרונומיה)	איסוף ומיקוד אור מאובייקטים שמימיים רחוקים ליצירת תמונות ברורות.
מערכות עיבוד לייזר (תעשייה)	מדריך ומיקוד קורות לייזר לחיתוך מדויק, ריתוך וסימון.
מכשירי מדידה אופטיים	אפשר מיקום ומדידה מדויקים של מידות האובייקט וצורות.
מערכות תקשורת אופטיות	העבירו והפצו אותות אופטיים ביעילות למטרות תקשורת.
מכשירי אבחון רפואיים (אנדוסקופים, ניתוח לייזר)	להנחות אור בגוף האדם לצורך התבוננות ואבחון; קורות לייזר ישירה לניתוח מדויק.

כלי מדע אלה זקוקים למראות כדי לעבוד טוב ולהיות מדויקים. מדענים משתמשים במראות במעבדות כדי ללמוד על אור ולהמציא דברים חדשים.

שימושים יומיומיים

אנשים משתמשים במראות אופטיות במובנים רבים מדי יום. מראות מקפיצות אור בעזרת חוק ההשתקפות. הצורות שלהם - מטוס, קעור או קמור - עוזרות אותן עושות עבודות שונות. מראות יכולות להשתנות לאן שהאור הולך, למקד אותו או לתמונות. השימוש במראות באופטיקה עוזר במשימות רבות ושומר על אנשים.

• מראות גורמות לחדרים להראות גדולים יותר ובהירים יותר  בבתים ובבניינים.

• מכוניות ומשאיות משתמשים במראות כדי שהנהגים יוכלו לראות מאחוריהם וסביבתה.

• משקפיים ומגעים משתמשים במראות ועדשות כדי לעזור לאנשים לראות טוב יותר.

• כלים מדעיים כמו מיקרוסקופים וטלסקופים משתמשים במראות כדי לגרום לדברים להיראות גדולים יותר.

• מצלמות וטלפונים משתמשים במראות כדי לשלוח אור ולצלם תמונות טובות יותר.

• חנויות ומעצבים משתמשים במראות כדי שאנשים יוכלו לראות בגדים מכל הצדדים.

• יש אנשים שמשתמשים במראות למסורות או כדי לעזור לאנרגיה לנוע בחדר.

שימושים אלה מראים שמראות עוזרות לנו לראות, להישאר בטוחים ולהיות יצירתיים כל יום.

תעשייתי ורפואי

מראות אופטיות סייעו להפוך טכנולוגיה חדשה במפעלים ובתי חולים. בתחום הבריאות, מראות חכמות מערבבות משטחים רפלקטיביים עם חיישנים ומחשבים. מראות אלה יכולות לבדוק את הבריאות, לצפות בכושר ולעזור לרופאים לדבר עם חולים מרחוק. הם אוספים נתוני בריאות מבלי לשנות הרגלים יומיים, מה שמקל על הבדיקות לקלות ונכונות יותר.

מפעלים משתמשים במראות עם לייזרים כדי לחתוך ולעצב דברים בדיוק מאוד. כלים רפואיים משתמשים במראות כדי לבדוק נשימה ולצפות בסימני בריאות מבלי לפגוע במטופל. מראות אלה עוזרות לרופאים למצוא בעיות ולטפל באנשים בצורה בטוחה יותר. השימוש במראות באזורים אלה נותן תוצאות טובות יותר, שומר על אנשים בטוחים יותר ומוצא דרכים חדשות לעזור.

הערה: ככל שהטכנולוגיה משתפרת, משתמשים במראות אופטיות בדרכים רבות יותר, מה שהופך אותם לחשובים מאוד במדע ובחיי היומיום.

תפקיד המראה האופטית

במערכות אופטיות

מראות אופטיות חשובות מאוד במערכות אופטיקה רבות. הם עוזרים להזיז, לשלוט ולמקד את האור היטב. מהנדסים בוחרים מראות שונות למשרות שונות בלייזרים ובמכשירים אחרים. כל סוג של מראה מסייע למערכת בדרכה שלה. תרומה

מסוג	מראה למערכות אופטיות
מראות קו לייזר	לשקף אורכי גל לייזר מסוימים עם יעילות גבוהה; משמש במערכות דיודות לייזר ומסירת קרניים.
מראות חמות וקרות	לשלוט בחום ואור; מראות חמות משקפות אור גלוי ונתן לעבור אינפרא אדום, מראות קרות עושות את ההפך.
מראות קעורות	מיקוד קרני אור לנקודה אחת; חשוב בחללי לייזר ובקרן קרניים מדויקת.
מראות פרבוליות מחוץ לציר	מיקוד ואור ישיר בזווית; שימושי להגה והדמיה של קרן לייזר.
מראות סיליקון קרביד	להציע יציבות תרמית וכוח; משמש בחלל ואופטיקה בטמפרטורה גבוהה.
מראות דיאלקטריות בפס רחב	לספק השתקפות גבוהה על אורכי גל רבים; שפר את הביצועים במערכות אינטרפרומטריה ובלייזר.
מראות מתכתי	תן השתקפות בפס רחב עם שינוי צבע נמוך; משמש באופטיקה של אינפרא אדום ופס רחב.
מראות mems	קטן, מהיר ומדויק; משמש להיגוי וסריקה של קרן דינמית.
סופר -סופרמירורים משקפים גבוהים	להשיג יותר מ- 99.5% רפלקטיביות; שמור על מערכות לייזר יציבות ויעילות.
מראות דיכרואיות	נפרד אור בשני אורכי גל; הפעל פונקציות מכשירים מורכבות.
מראות זרודור	יש התרחבות תרמית כמעט אפסית; שמור על מערכות מדויקות אפילו עם שינויי טמפרטורה.

חומרים כמו סיליקון קרביד וזרודור שומרים על מראות חזקות ויציבות. ציפויים מיוחדים, כמו שכבות דיאלקטריות ומתכות, עוזרות למראות משקפות אור יותר ובוחרים אילו צבעים להקפיץ. אפשרויות אלה מאפשרות למראות אופטיות לטפל באור בזהירות רבה. תפקידו של מראה אופטית הוא לשמור על נתיבי אור יציבים, לגרום למערכות לעבוד טוב יותר ולעזור לדברים לפעול בצורה חלקה.

חשיבות בטכנולוגיה

יש צורך במראות אופטיות לטכנולוגיות חדשות רבות. הם עוזרים להקפיץ ולהנחות אור בדרך הנכונה. גם מראות שטוחות ומעוקלות משמשות לדברים שונים. מראות שטוחות שולחות אור בזוויות מסוימות כדי להנחות אותו לאן הוא צריך ללכת. מראות מעוקלות ממקדות אור, כך שהן משמשות במצלמות ובטלסקופים.

• מראות אופטיות עוזרות לשלוט לאן האור הולך וכמה הוא בהיר.

• מראות מעוקלות מתמקדות באור ומבהירות את התמונות במצלמות ובטלסקופים.

• כמה מראה חלקה ומבריקה משנה כמה טוב היא עובדת.

• בתקשורת סיבים אופטיים, מראות עוזרות לשלוח אותות אור למקום הנכון.

• מראות טובות יותר נותנות לנו תמונות ברורות יותר ונתונים מהירים יותר.

מהנדסים משתמשים במראות אופטיות כדי ליצור תמונות טובות יותר, לשלוח הודעות ולמדוד דברים. מראות אלה עוזרות לנו לראות כוכבים רחוקים, לשלוח מידע במהירות ולבצע תמונות חדות. השימוש במראות טובות באופטיקה סייע לטכנולוגיה לצמוח במובנים רבים.

מראות לעומת עדשות

ההבדלים העיקריים

מראות ועדשות משנות שניהם כיצד האור נע, אך הם עושים זאת בדרכים שונות. מראות משתמשות בהשתקפות. כאשר האור פוגע במראה, הוא מקפיץ. הזווית שהיא פוגעת זהה לזווית שהוא משאיר. זה מאפשר למראות לשלוח אור לכיוונים חדשים. צורת המראה משנה את מה שקורה לאור. מראות שטוחות שולחות אור ישר לאחור. מראות מעוקלות יכולות למקד אור לנקודה או להפיץ אותו.

עדשות משתמשות בשבירה. האור עובר דרך העדשה, שהיא בדרך כלל זכוכית או פלסטיק. כאשר האור נכנס ועלים, הוא מתכופף. עדשות קמורות מפגישות קרניים קלות במקום אחד. עדשות קעורות גורמות לקרני אור להתפשטות. כיפוף זה עוזר לעדשות לייצר תמונות, להתקרב או לקורות מיקוד. מדענים ומהנדסים רואים השפעות אלה במעבדות ובחיי היומיום. זכוכית מגדלת משתמשת בעדשה קמורה כדי לגרום לדברים להיראות גדולים יותר. מראה קרנבל משתמשת בהשתקפות כדי לשנות את האופן בו אנשים נראים.

ההבדל הגדול ביותר הוא כיצד כל אחד משנה אור. מראות מקפיצות אור מהמשטחים שלהם. עדשות מכופפות אור כשהוא עובר. זו הסיבה שהם משמשים בדרכים שונות באופטיקה.

הערה: צורת מראה או עדשה מחליטה כיצד היא משנה אור. שניהם יכולים להתמקד או להפיץ אור, אך רק מראות משקפות ורק עדשות מכופפות אור.

מתי להשתמש בכל אחד

בחירת מראות או עדשות תלויה במה שהמערכת האופטית צריכה. מהנדסים ומדענים חושבים על גודל, משקל, איכות תמונה וכמה קל לנקות.

• מראות יכולות להיות הרבה יותר דקות מאשר עדשות. המשמעות היא שאתה יכול לקבל משטחים אופטיים גדולים מבלי להפוך אותם לסמיכים.

• מראות שוקלות פחות עדשות באותו גודל. זה חשוב למשימות חלל, בהן המשקל חשוב מאוד.

• קל יותר ליצור מראות גדולות באיכות טובה מאשר עדשות גדולות. זה חשוב לטלסקופים וכלים מדעיים.

• למראות יש רק משטח אחד לניקוי וללטש. בעדשות יש שניים, כך שהניקוי קשה יותר.

• סיבות אלה הופכות את המראות לבחירה הטובה ביותר עבור טלסקופים גדולים בחלל. טלסקופי החלל של האבל, שפיצר וג'יימס ווב, כולם משתמשים במראות. העיצובים שלהם מראים כיצד מראות פותרות בעיות עם משקל, גודל ותמונות ברורות בחלל.

עדשות עובדות בצורה הטובה ביותר במכשירים קטנים שבהם האור צריך להיות ממוקד או להיות גדול יותר על ידי כיפוף. מצלמות, משקפיים ומיקרוסקופים משתמשים בעדשות מכיוון שהן יכולות לכופף אור כדי ליצור תמונות חדות בחללים קטנים.

עדשות	תכונות	מראות
שיטת בקרת אור	הִשׁתַקְפוּת	שבירה
גודל ומשקל	יכול להיות גדול וקל משקל	כבד ועבה יותר בגדלים גדולים
ניקוי	קל יותר (משטח אחד)	קשה יותר (שני משטחים)
שימוש בטלסקופי חלל	מועדף	נָדִיר
השתמש במכשירים קטנים	פחות נפוץ	מועדף

טיפ: לאופטיקה גדולה, קלה ואיכותית, מראות הן לרוב הטובות ביותר. עבור מכשירים קטנים וניידים, עדשות בדרך כלל טובות יותר.

אוֹפּטִי מראות  מקפיצות אור לייצור תמונות וקורות ישירות במדע וטכנולוגיה. אנשים השתמשו לראשונה במתכות מבריקה כמראות, אך כעת יש לנו מראות זכוכית מתקדמות. שינוי זה עזר גם לחיי היומיום וגם למחקר מודרני. כיום מראות עוזרות לטלסקופים, לייזרים וכלים רפואיים מציגים תמונות ברורות. חומרים חדשים וציפויים מיוחדים ממשיכים לשפר את המראות. סטודנטים ומהנדסים יכולים ללמוד על ננו -פוטוניקה, אופטיקה אדפטיבית וטכנולוגיות קוונטיות כדי למצוא דרכים נוספות מראות ישנו את האופטיקה בעתיד.

שאלות נפוצות

מה התפקיד העיקרי של מראה אופטית?

מראה אופטית מקפיצה אור כדי לשנות את דרכה או למקד אותו. מדענים ומהנדסים משתמשים במראות אלה בכלים רבים. הם עוזרים להנחות, לאסוף או לעצב אור במכשירים שונים.

במה מראות אופטיות נבדלות ממראות משק בית רגילות?

למראות אופטיות משטחים חלקים הרבה יותר ממראות רגילות. יש להם גם ציפויים מיוחדים שישקפו אור טוב יותר. תכונות אלה עוזרות להם להקפיץ אור יותר בדיוק. מראות רגילות אינן מדויקות.

האם מראות אופטיות יכולות לשקף את כל סוגי האור?

רוב המראות האופטיות עובדות היטב עם אור גלוי. לחלקם ציפויים לאור אולטרה סגול או אינפרא אדום. סוג הציפוי מחליט איזה מדליק המראה משקף בצורה הטובה ביותר.

מדוע מדענים משתמשים במראות מעוקלות בטלסקופים?

מראות מעוקלות יכולות למקד אור מרחוק. זה מאפשר לטלסקופים להבהיר תמונות של כוכבים וכוכבי לכת. מראות שטוחות אינן יכולות למקד אור כמו מעוקלות.

באילו חומרים מהנדסים משתמשים לציפוי מראה אופטי?

סוג ציפוי	חומרים נפוצים
מַתַכתִי	אלומיניום, כסף, זהב
דיאלקטרי	תחמוצת, שכבות פלואוריד

מהנדסים בוחרים ציפויים המבוססים על סוג האור ואיך השימוש במראה.

איך מנקים מראה אופטית בבטחה?

השתמש בבד רך ונטול מוך ומנקה עדין. אל תיגע במראה בידיים החשופות שלך. עקוב תמיד אחר צעדי הניקוי של היצרן כדי למנוע שריטות.

היכן אנשים יכולים לראות מראות אופטיות בחיי היומיום?

אנשים מוצאים מראות אופטיות במצלמות, טלסקופים ומיקרוסקופים. הם נמצאים גם בכלי לייזר, מכוניות, חנויות וקצת ציוד רפואי.