Minkä fysikaalisen prosessin avulla peili heijastaa valonsäteitä?

Peter N. Saeta, fysiikan apulaisprofessori Harvey Mudd Collegessa, vastaa:

”Saapuvan valoaallon värähtelevä sähkökenttä tuottaa voiman peilin sisällä oleviin varauksiin. Useimmat varaukset ovat joko liian raskaita (kuten atomien ytimet) tai liian tiukasti sidottuja (kuten useimmat elektronit) värähtelemään merkittävästi tämän kentän vaikutuksesta. Verrattain löyhästi sidoksissa olevat elektronit sekä metalleissa olevat vapaat elektronit voivat kuitenkin liikkua näiden sähköisten voimien vaikutuksesta. Nämä elektronit värähtelevät samalla taajuudella kuin osuva valo, mikä synnyttää heijastuneen aallon.

”Koska peilissä on paljon elektroneja, jotka kaikki värähtelevät osuvan valon taajuudella, heijastuminen peilistä on todella ryhmätyötä. Kaikki elektronit tanssivat saman musiikin tahtiin, jonka rytmin antaa tuleva valoaalto. Tämä koordinaatio saa aikaan sen, että heijastunut aalto muodostaa peilin pintaan nähden saman kulman kuin tuleva säde.

”Tyypillinen peili koostuu lasipalasta, joka on päällystetty metallikerroksella. Lasi itsessään heijastaa vähän valoa, mutta metallikerros lisää heijastuskykyä huomattavasti. Jos metalli olisi täydellisesti johtavaa, se heijastaisi kaiken valon, mutta todellisten metallien johtavuus ei ole täydellinen. Tämä epätäydellisyys johtaa siihen, että valo absorboituu jonkin verran metalliin. Esimerkiksi kiillotettu hopeapinta heijastaa noin 93 prosenttia osuvasta näkyvästä valosta, mikä on metallien osalta erittäin hyvä arvo. Mielenkiintoista on, että jos metallikerros on hyvin ohut – vain muutaman sadan atomin paksuinen – suuri osa valosta vuotaa metallin läpi ja tulee ulos takaa. Jos metallikerroksen paksuus saadaan kohdalleen, voidaan tehdä säteenjakaja, joka jakaa osuvan valonsäteen kahteen yhtä suureen osaan, jolloin vain pieni osa valosta häviää itse metallikalvoon.

”Niin hyvä kuin hopeapeilin heijastuskyky onkin, dielektrisillä peileillä päästään paljon parempaan. Nämä heijastimet koostuvat vuorottelevista kerroksista kahta läpinäkyvää materiaalia, joilla on erilaiset taitekertoimet. Dielektristen peilien heijastavuus voi olla 99,999 prosenttia tai parempi sillä aallonpituudella, jolle ne on suunniteltu. Näissä peileissä periaatteessa kaikki osuva valo heijastuu, eikä käytännössä mikään imeydy peiliin tai läpäise sitä.”

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.