Oglinzile

Fiind o stiinta practica, optica trebuie sa se bazeze pe un numar cat mai mare de instrumente si aparate care sa satisfaca necesitatile practice date. Aceste instrumente si aparate sunt alcatuite din componente optice, care, in raport cu tipul respectiv, indeplinesc anumite functii bine determinate.
Una dintre aceste componente optice o reprezinta oglinzile.
In raport cu forma suprafetelor reflectate, oglinzile pot fi oglinzi plane sau oglinzi sferice, acestea din urma fiind concave sau convexe.
Ori de cate ori o suprafata plana se caracterizeaza printr-un coeficient de reflexie mare, aceasta poate fi considerata, din punct de vedere optic, o oglinda plana.
Oglinzile plane pot fi obtinute astfel:
prin depunerea unui strat reflectant pe una dintre cele doua fete ale unui suport transparent, cu suprafetele plan-paralele si de grosime convenabila;
prin slefuirea cat mai fina a suprafetei plane a unui suport netransparent cu fetele plan-paralele;
prin folosirea suprafetei plane de separare dintre doua medii transparente cu indici de refractie diferiti, care poate reflecta o mare parte din lumina incidenta.
Cand suprafata plana reflecta numai o parte din lumina incidenta, cealalta parte fiind transmisa, oglinda obtinuta se numeste oglinda semitransparenta sau divizor de fascicul.
Pentru marirea coeficientului de reflexie a unei oglinzi, suprafata reflectanta a acesteia se acopera cu un strat metalic subtire. Exista diferite metode folosite pentru depunerea stratului metalic, coeficientii de reflexie corespunzatori depinzand de lungimea de unda (tabelul 1) si de natura materialului folosit.
Coeficientii de reflexie ai oglinzilor acoperite cu straturi metalice subtiri (%)
λ (μm) lungimea de unda
Al
Ag
Au
Cu
Rh
Pt
0.220
0.240
0.260
0.280
0.300
0.315
0.320
0.340
0.360
0.380
0.400
0.450
0.500
0.550
0.600
0.650
0.700
0.750
0.800
91.5
91.9
92.2
92.3
92.3
92.4
92.4
92.
5
92.5
92.5
92.4
92.2
91.8
91.5
91.1
90.5
89.7
88.6
86.7
28.0
29.5
29.2
25.2
17.6
5.5
8.9
72.9
88.2
92.8
95.6
97.1
97.9
98.3
98.6
98.8
98.9
99.1
99.2
27.5
31.6
35.6
37.8
37.7
37.3
37.1
36.1
36.3
37.8
38.7
38.7
47.7
81.7
91.9
95.5
97.0
97.4
98.0
40.4
39.0
35.5
33.0
33.6
35.5
36.3
38.5
41.5
44.5
47.5
55.2
60.0
66.9
93.3
96.6
97.5
97.9
98.1
57.8
63.2
67.7
70.7
73.4
75.0
75.5
76.9
78.0
78.1
77.4
76.0
76.6
78.2
79.7
81.8
82.0
82.6
83.1
40.5
46.9
51.5
54.9
57.6
59.4
60.0
62.0
63.4
64.9
66.3
69.1
71.4
73.4
75.2
76.4
77.2
77.9
78.5
De regula depunerile se fac in vid foarte inalt, fie prin evaporare, fie prin pulverizare catodica. Caracteristicile stratului metalic subtire, depus pe suprafata oglinzii depind puternic de calitatea vidului la care se face depunerea si de rata de evaporare a materialului depus. Prin imbunatatirea tehnologiei vidului si calitatea oglinzilor a crescut foarte mult. Factorii care afecteaza reflectanta straturilor depuse sunt:
presiunea din camera de evaporare;
rata de evaporare;
grosimea stratului depus;
temperatura suportului;
unghiul de incidenta sub care cad vaporii pe suprafata care se acopera;
puritatea materialului depus;
imbatranirea in contact cu aerul atmosferic.
Daca depunerile se fac intr-un vid mai bun de 10-6 torri, factorul cel mai important pentru obtinerea unor straturi subtiri cu reflectanta mare si in domeniul ultraviolet al spectrului este evaporarea rapida. Straturile opace cu grosimea de 600-700 Å trebuie obtinute in una sau doua secunde. Temperatura materialului pe care se fac depunerile nu trebuie sa fie mai mare de 50ºC, grosimea stratului depus trebuie sa nu fie mai mare de 1500 Å, iar unghiul de incidenta al depunerii sa nu fie mai mare de 30º. Efectul unor depuneri incorecte se manifesta prin micsorarea coeficientului de reflexie, cand lungimea de unda scade, domeniul ultraviolet fiind mult mai afectat decat domeniul infrarosu.
Constantele optice care influenteaza proprietatile optice ale metalelor folosite pentru depuneri de straturi subtiri, sunt indicele de refractie, n si coeficientul de absorbtie α.
Constantele optice si reflectanta la incidenta normala
Metalul
λ (nm)
n
α
r (%)
Al
220
260
300
340
380
0.14
0.19
0.25
0.31
0.37
2.35
2.85
3.33
3.80
4.25
91.8
92.0
92.1
92.3
92.6
Ag
400
500
600
700
800
0.075
0.050
0.060
0.075
0.090
1.93
2.87
3.75
4.62
5.45
93.9
97.9
98.4
98.7
98.8
Au
550
600
700
800
900
0.33
0.20
0.13
0.15
0.17
2.32
2.90
3.84
4.65
5.34
81.5
91.9
96.7
97.4
97.8
Cu
550
600
800
1000
3000
0.76
0.19
0.17
0.20
1.22
2.46
2.98
4.84
6.27
17.1
66.9
92.8
97.3
98.1
98.4
Rh
546
1.62
4.63
77.1
In ultimul timp, peste stratul reflectant metalic se depune un strat protector, care, pe langa rolul de a proteja stratul metalic, conduce si la cresterea proprietatilor reflectante ale oglinzilor. Stratul protector este un strat dielectric. Folosindu-se perechi de astfel de straturi dielectrice protectoare, convenabil alese, se obtin cele mai bune performante.
Ca material cu indice de refractie mare folosit pentru depunerea straturilor dielectrice se foloseste dioxidul de ceriu cu indicele de refractie cuprins in domeniul 2.3 - 2.4. Ca materiale cu indicii de refractie mici se folosesc MgF2 ( n=1.38 ), Al2O3 ( n=1.46 ) si SiO3 ( n=1.55 ). O protectie foarte buna si o crestere a reflectantei se obtin folosind perechile de straturi Al2O3 + TiO2. In domeniul ultraviolet sunt recomandate perechile de materiale MgF2 + ThO2 si SiO2 + ThO2.
Deoarece in domeniul infrarosu al spectrului reflectanta oglinzilor acoperite cu straturi metalice este de aproximativ 99%, nu se pune problema imbunatatirii reflectantei prin folosirea unor straturi protectoare care sa creasca reflectanta.
Imaginile obiectelor luminoase, formate de oglinzile plane, sunt imagini virtuale, asemanatoare cu obiectul si situate la distanta egala, in spatele oglinzii. De retinut este faptul ca imaginea unui obiect orientat dreapta va fi orientat stanga.
Imaginile luminoase, formate de oglinzile sferice, depind de conditia daca oglinda este concava sau convexa si de distanta de la obiect la oglinda. Modul de obtinere a imaginilor este, in linii mari, analog celui pe care l-am prezentat in cazul suprafetelor sferice, numai ca in cazul oglinzilor trebuie folosita legea reflexiei. Imaginea data de o oglinda sferica este, din anumite puncte de vedere, superioara imaginii date de o lentila, in special daca nu se iau in vedere efectele cromatice.