آینه اپتیکی چیست؟

یک آینه اپتیکی سطحی بسیار صیقلی است که امواج نور را منعکس می کند. انواع مختلف آینه اپتیکی برای بازتاب نور در کاربردهای خاص، از جمله هدایت پرتو، تداخل سنجی، تصویربرداری یا روشنایی طراحی شده اند.

آنها در طیف گسترده ای از صنایع مانند آزمایشات علمی، علوم زیستی، اسپکترومتری، نجوم، مترولوژی، نیمه هادی ها، سیستم های خورشیدی و وسایل روشنایی استفاده می شوند.

آینه اپتیکی را می توان از مواد مختلفی از جمله شیشه، فلز و پلاستیک در اشکال مختلفی ساخت. انتخاب جنس ماده سازنده و شکل آینه اپتیکی، به کاربرد و خواص نوری مورد نظر بستگی دارد.

به عنوان مثال، آینه های شیشه ای اغلب در ابزارهای نوری پیشرفته استفاده می شوند زیرا کیفیت و دوام نوری استثنایی را ارائه می دهند.

انواع کلی آینه اپتیکی

دو نوع اصلی از آینه اپتیکی وجود دارد:

• آینه های تخت
• آینه های منحنی

آینه اپتیکی نوع مسطح یا تخت

آینه های تخت دارای سطح صاف و مسطحی هستند و به سادگی، امواج نور را در همان زاویه ای که به آینه برخورد می کنند، منعکس می کنند. آنها معمولاً در آینه های خانگی و در برخی از ابزارهای نوری استفاده می شوند.

هیچ نوع متفاوتی از این گروه آینه های اپتیکی وجود ندارد، با این حال، مواد و پوشش‌ های مختلفی وجود دارد که می‌توان از آنها برای ساخت آنها برای کاربردهای خاص استفاده کرد:

آینه‌ شیشه‌ ای

اینها رایج‌ترین نوع آینه‌ های تخت هستند که با پوشش یک ورق شیشه با مواد بسیار بازتابنده مانند آلومینیوم یا نقره ساخته می‌ شوند.

ساختمان آنها از یک تکه شیشه مسطح تشکیل شده است که یک لایه نازک از فلزی مانند آلومینیوم یا نقره به یک طرف آن پوشش داده شده است. این پوشش فلزی نور را منعکس می کند و بازتابی را که ما می بینیم ایجاد می کند.

با وجود اینکه که آینه های شیشه ای بادوام و ماندگار هستند، در صورت استفاده نادرست می توانند مستعد خراشیدگی و آسیب باشند.

هنگام تمیز کردن آنها نیز باید احتیاط کرد و از استفاده مواد شیمیایی خورنده اجتناب کرد. علاوه بر این، برای جلوگیری از انعکاس ناخواسته یا زننده، مهم است که آینه ها را به درستی قرار دهید.

آینه های اکریلیک

آینه اپتیکی نوع اکریلیک، از نوعی پلاستیک به نام پلی متیل متاکریلات (PMMA) ساخته می شوند که معمولاً به آن اکریلیک می گویند. این ماده دارای خواص بسیار مشابهی با شیشه است، اما بسیار سبک تر و مقاوم تر از آن است.

فرآیند ساخت آینه اکریلیک شامل چندین مرحله است:

1. ابتدا PMMA را حرارت می دهند تا تبدیل به مایع شود و سپس در قالبی که به شکل آینه است، می ریزند. سپس قالب خنک شده و خارج می شود و یک قطعه جامد اکریلیک که به شکل آینه است باقی می ماند.
2. سپس، پشت پنل اکریلیک با استفاده از یک لایه فلزی (معمولاً آلومینیوم یا نقره) پوشانده می شود. این لایه نور را درست مانند یک آینه سنتی منعکس می کند و یک انعکاس واضح در جلوی پنل ایجاد می کند.
3. در نهایت، قسمت جلویی پنل با یک لایه محافظ پوشانده می شود که به منظور جلوگیری از خراشیدگی و آسیب های دیگر به سطح آینه است.

به طور کلی، ساختار یک آینه اپتیکی اکریلیک شامل یک قطعه جامد پلاستیکی است که با یک لایه فلزی بازتابنده در پشت و یک لایه محافظ در جلو پوشانده شده است. این آینه ها سبک وزن بوده و در برابر شکستگی مقاوم هستند.

آینه های فلزی

آینه های فلزی معمولاً با قرار دادن یک لایه نازک فلز بر روی یک بستر ساخته می شوند. لایه فلزی باید صاف و یکنواخت باشد تا از بازتاب بالا اطمینان حاصل شود.

این زیرلایه را می توان از مواد مختلفی تهیه کرد، اما موارد رایج شامل شیشه، سرامیک یا فلز است. انتخاب مواد بستر به کاربرد مورد نظر آینه بستگی دارد، اما معمولاً از ورق های فلزی صیقلی مانند فولاد ضد زنگ یا مس ساخته می شوند و اغلب در محیط های صنعتی استفاده می شوند.

مراحل ساخت:

1. ابتدا لایه فلزی با استفاده از یکی از چندین تکنیک (از جمله رسوب فیزیکی بخار (PVD) یا رسوب شیمیایی بخار (CVD)) رسوب داده می‌ شود.
2. در روش PVD، فلز در یک محفظه خلأ تبخیر می شود و سپس بر روی بستر متراکم می شود. در حالی که در روش CVD، فلز توسط یک واکنش شیمیایی بین مولکول های پیش ساز تبخیر شده و یک بستر گرم شده، رسوب می کند.
3. هنگامی که لایه فلزی رسوب کرد، ممکن است با یک لایه محافظ برای جلوگیری از کدر شدن یا خوردگی پوشش داده شود. این لایه معمولاً از یک ماده شفاف مانند دی اکسید سیلیکون یا فلوراید منیزیم ساخته می شود.
4. در نهایت، سطح آینه شکل داده شده و صیقلی می شود تا خواص نوری آن بهینه شود. این مرحله می تواند شامل استفاده از ماشین های پولیش اتوماتیک برای آسیاب و صیقل دادن سطوح بسیار ظریف باشد.

سطح نوری (Optical Flat)

سطح نوری، یک سطح صاف و با دقت بالا است که به عنوان صفحه مرجع در تداخل سنجی استفاده می شود و ساختار آن معمولاً از یک قطعه شیشه ای نازک و مسطح یا سیلیس ذوب شده تشکیل شده است. این ماده به دلیل کیفیت نوری بالا و ضریب انبساط حرارتی پایین انتخاب شده است.

سطح این نوع آینه اپتیکی باید بسیار صاف باشد (معمولاً با زبری سطح کمتر از یک نانومتر) و برای دستیابی به این سطح بالایی از صیقلی بودن، مواد شیشه یا سیلیس ذوب شده با استفاده از مواد ساینده مانند پودر الماس مراحل متعددی را پشت سر می گذارند.

پس از اینکه سطح به خوبی صیقیلی داده شد،همانند موارد دیگر، با یک لایه ای نازک از مواد بازتابنده مانند آلومینیوم یا نقره پوشانده می شود. این پوشش بازتاب سطح را افزایش می دهد و اندازه گیری انحرافات کوچک را با استفاده از تداخل سنجی آسان تر می کند.

مرحله نهایی در تولید یک سطح نوری، اندازه گیری میزان صلف و صیقلی بودن آن با استفاده از تداخل سنجی است که شامل قرار دادن سطح در تماس با سطح صاف دیگری، مانند یک صفحه ماشینکاری شده دقیق و استفاده از تداخل سنج برای اندازه گیری انحرافات است.

به طور کلی، ساختار یک سطح نوری، به منظور یک سطح مرجع بسیار دقیق و پایدار برای استفاده در تداخل سنجی و سایر اندازه گیری های نوری با دقت بالا طراحی شده است.

آینه های سطح جلو

آینه های سطح جلو، که به عنوان آینه های سطح اول نیز شناخته می شوند، نوعی آینه هستند که دارای پوشش بازتابنده در سطح جلویی آینه به جای سطح پشتی هستند.

این بدان معنی است که نور پیش از عبور از شیشه منعکس می شود و در نتیجه تصویری بسیار واضح تر و روشن تر از آینه های شیشه ای معمولی ایجاد می کند.

آینه های سطح جلو معمولاً در کاربردهای اپتیک و مهندسی استفاده می شوند که در آن دقت و درستی بالایی لازم است. آنها اغلب در تلسکوپ ها، میکروسکوپ ها، دوربین ها، پروژکتورها و سایر ابزارهای نوری استفاده می شوند.

یکی از مزیت‌ های این آینه‌ ها این است که بازتاب‌ های دوگانه‌ ای را که می‌ تواند در آینه‌ های سنتی رخ دهد، از بین می برد. انعکاس دوگانه زمانی اتفاق می‌افتد که نور از سطح جلویی آینه منعکس می‌شود، سپس از سطح پشتی منعکس می‌شود و در نتیجه تصویری مخدوش یا تار ایجاد می گردد.

بعلاوه، آینه های سطح جلو کمتر در معرض خراش و آسیب هستند، زیرا پوشش بازتابنده توسط شیشه محافظت می شود، با این حال انتخاب مواد و پوشش می تواند بر عملکرد و مناسب بودن آنها برای کاربردهای خاص تأثیر زیادی بگذارد.

آینه اپتیکی منحنی

آینه های منحنی، به مواردی گفته می شود که دارای سطح بازتابی منحنی هستند و برای انعکاس امواج نور به روشی خاص، بسته به انحنای آنها طراحی شده اند. دو نوع اصلی از آینه اپتیکی منحنی وجود دارد:

• آینه های مقعر
• آینه های محدب

آینه های مقعر به سمت داخل منحنی می شوند و امواج نور را به داخل منعکس می کنند، در حالی که آینه های محدب به سمت خارج منحنی می شوند و امواج نور را به بیرون منعکس می کنند.

آینه اپتیکی مقعر

آینه های مقعر که معمولاً در سیستم های نوری و تلسکوپ ها استفاده می شوند، آینه های منحنی هستند که دارای سطح بازتابنده ای هستند که به سمت داخل خمیده است.

این گروه از آینه اپتیکی، به عنوان آینه های همگرا شناخته می شوند زیرا پرتوهای نور موازی با محور خود را همگرا می کنند و آنها را به نقطه ای به نام نقطه کانونی متمرکز می کنند. فاصله بین مرکز آینه و نقطه کانونی آن به عنوان فاصله کانونی شناخته می شود.

هنگامی که یک جسم در مقابل یک آینه مقعر قرار می گیرد، بسته به موقعیت جسم نسبت به نقطه کانونی آینه، یک تصویر واقعی یا مجازی تشکیل می دهد. تصویری که ایجاد می شود بسته به فاصله بین جسم و آینه، می تواند بزرگ یا کاهش یابد.

نقاط کانونی واقعی زمانی اتفاق می‌ افتند که پرتوهای نور واقعاً در یک نقطه همگرا شوند، در حالی که نقاط کانونی مجازی زمانی رخ می‌ دهند که به نظر می‌رسد پرتوهای نور در پشت آینه همگرا می‌ شوند.

یکی دیگر از ویژگی های مهم آینه های مقعر این است که می توانند تصویری معکوس از یک جسم ایجاد کنند. این ویژگی در بسیاری از دستگاه‌های نوری که در آن‌ها نیاز به تشکیل تصویر معکوس است، مانند میکروسکوپ‌ها و تلسکوپ‌ها استفاده می‌شود.

آینه های مقعر همچنین در دیش های ماهواره ای برای انعکاس و تمرکز سیگنال ها و در نیروگاه های خورشیدی برای متمرکز کردن نور خورشید بر روی یک منطقه کوچک برای تولید برق استفاده می شوند.

آینه اپتیکی محدب

آینه های محدب، آینه های کروی شکلی هستند که مانند یک توپ به سمت بیرون منحنی می شوند که به عنوان آینه های واگرا شناخته می شوند زیرا باعث می شوند پرتوهای نور هنگام بازتاب از سطح، از هم دور شوند.

بر خلاف آینه های مقعر که تصاویر واقعی و وارونه را تشکیل می دهند، آینه های محدب همیشه تصاویر مجازی تولید می کنند.

آینه های محدب دارای چندین ویژگی هستند که آنها را در کاربردهای مختلف مفید می کند:

1. مرکز انحنای آینه، در پشت آن است.
2. میدان دید وسیع تری نسبت به آینه های مسطح یا آینه های مقعر دارند، زیرا اندازه تصویر، کوچکتر از ابعاد اصلی جسم و نسبت به آن مستقیم است که آنها را برای اهداف نظارتی و امنیتی مفید می کند.
3. از آنجایی که آنها همیشه یک تصویر مجازی کوچکتر از جسمی که منعکس می‌شود تولید می‌کنند، معمولاً در آینه‌های نمای جانبی خودرو و سر پیچ جاده ها استفاده می‌شوند تا میدان دید وسیع‌تری را بدون تحریف اندازه اشیا فراهم کنند.
4. آینه های محدب اغلب در تنظیمات تزئینی مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا شکل منحنی آنها می تواند بازتاب ها و جلوه های بصری جالبی ایجاد کند.
5. تصویر جسم نزدیک به سطح آینه تشکیل می‌ گردد (به عبارت دیگر، فاصله تصویر تا آینه، از فاصله جسم تا آینه کمتر است).

منابع

optical mirrors

mirrors