Опти́ческое зе́ркало, оптический элемент, обладающий полированной поверхностью правильной формы, способной отражать свет с соблюдением равенства углов падения и отражения, и образующий оптические изображения предметов (в том числе источников света). Отражающий слой зеркала обычно выполнен из металла (серебра, золота и др.) или диэлектрика и имеет шероховатости размером не более сотых долей длины волны света. Отражающее покрытие диэлектрических зеркал образовано чередующимися тонкими слоями прозрачных диэлектриков. Действие диэлектрического зеркала основано на явлении интерференции света, возникающей в тонких слоях (см. в статье Оптика тонких слоёв). Вследствие этого диэлектрические зеркала отражают свет в узком спектральном диапазоне.

Наиболее широко используются плоские оптические зеркала, однако в оптических системах применяются выпуклые и вогнутые зеркала со сферической, цилиндрической и параболоидальной отражающей поверхностью. Качество оптического зеркала тем выше, чем ближе его форма к математически правильной. Плоские оптические зеркала дают безаберрационные мнимые изображения. Неплоские оптические зеркала обладают всеми аберрациями, кроме хроматической (см. в статье Аберрации оптических систем).

Рис. 1. Схема зеркала со сферической поверхностью.Рис. 1. Схема зеркала со сферической поверхностью.Положение изображения, даваемого оптическим зеркалом, можно получить из законов геометрической оптики. Если отражающая поверхность обладает осью симметрии, то положение предмета и его изображения связаны с радиусом кривизны ${r}$ у вершины ${O}$ зеркала (рисунок 1) соотношением: ${1/s^\prime + 1/s = 2/r}$, где ${s}$ – расстояние от вершины ${O}$ до точки ${A}$, где расположен предмет высотой ${l}$, ${s^ \prime}$ – расстояние до изображения высотой ${l^\prime}$ в точке ${A^\prime}$. Эта формула строго выполняется в случае бесконечно малых углов, образуемых световыми лучами с осью оптического зеркала, однако она является хорошим приближением и при конечных, но достаточно малых углах. Бесконечно малый отрезок прямой длиной ${l}$, перпендикулярной оси, изображается отрезком прямой ${l^\prime}$, также перпендикулярным оси, причём ${l^′ = ls^′/s}$. Если предмет находится на бесконечно большом расстоянии, то ${s^ \prime}$ равно фокусному расстоянию оптического зеркала: ${s^′ = f^′ = r/2}$. Фокальная плоскость расположена на расстоянии ${r/2}$ от вершины зеркала.

Оптическое зеркало должно иметь высокий коэффициент отражения. Большими коэффициентами отражения обладают металлические поверхности: алюминиевые в УФ, видимом и ИК диапазонах, серебряные – в видимом и ИК диапазонах, золотые – в ИК области спектра. Отражение от любого металла сильно зависит от длины волны света: с её увеличением коэффициент отражения возрастает для некоторых металлов до 99 % и более. Коэффициент отражения у диэлектриков значительно меньше, чем у металлов; например, стекло с показателем преломления ${n = 1,5}$ отражает всего 4 % света. Однако, используя интерференцию света в многослойных комбинациях прозрачных диэлектриков, можно получить отражающие поверхности (в относительно узкой области спектра) с коэффициентом отражения более 99 % не только в видимом диапазоне, но и в УФ, что невозможно с металлическими поверхностями.

Оптические зеркала применяются в астрономических телескопах, монохроматорах, в оптических резонаторах лазеров и других приборах. В прожекторах и зеркально-линзовых оптических системах применяют также оптические зеркала, представляющие собой линзы, задняя сторона которых является отражающей.

Наиболее распространённый способ изготовления оптических зеркал – нанесение отражающих металлических или диэлектрических покрытий на полированную стеклянную поверхность катодным распылением или испарением в вакууме. В конце 20 в. разработаны способы изготовления больших параболоидальных зеркал (для телескопов) из отдельных малых зеркал, положение которых автоматически регулируется так, чтобы отражённый ими свет звезды собирался в одну точку (см. в статье Адаптивная оптика). Это позволяет в значительной степени компенсировать искажения, создаваемые турбулентной атмосферой.

Историческая справка

Бронзовые диски, возможно выполнявшие роль зеркала, известны с рубежа энеолита и бронзового века (могильник Сузы I; Иран, конец 5-го тыс. до н. э.) и в раннем бронзовом веке (например, в майкопской культуре на Кавказе). Несомненные зеркала, имеющие ручки, найдены в погребениях 3-го тыс. до н. э. из Анатолии (Аладжа-Хююк и др.). С позднего бронзового века зеркала получили распространение во многих культурах Евразии (особое значение зеркал отмечено у этрусков, в культурах «скифо-сибирского мира», у сарматов, аланов и др.). В Китае зеркала известны с 12–11 вв. до н. э., возможно, они заимствованы у южно-сибирских культур, но массовое распространение получили с периода Борющихся царств (453/403–221 до н. э.). Китайские зеркала эпохи Западная Хань и их имитации были предметом экспорта, достигавшего Европы и оказавшего влияние на ряд типов зеркал римского времени и раннего Средневековья. В Мезоамерике были известны зеркала из антрацита.

Рис. 2. Декорированная обратная сторона бронзового зеркала. Империя Хань. 121. Британский музей, Лондон.Рис. 2. Декорированная обратная сторона бронзового зеркала. Империя Хань. 121. Британский музей, Лондон.Стеклянные зеркала на серебряной или золотой фольге известны в Римской империи с 1 в. В 1516 г. в Венеции создана технология изготовления больших зеркал из цельного стекла. С 16 в. в Западной Европе стала распространяться оловянная амальгама, в 17 в. появились стеклянные зеркала, изготовленные литьём. В 1665 г. в Сент-Антуанском предместье Парижа основана фабрика зеркал.

Свойство зеркал «удваивать» реальность определяет его символическую и магическую роль в традиционных культурах. Зеркало обычно связывается с потусторонним миром: оно используется в погребальном обряде (в том числе как погребальный инвентарь) и гаданиях, выступает в ритуалах, связанных со смертью (закрытие зеркал в доме покойника; разбитые зеркала в могилах и др.). Зеркало воспринимается, с одной стороны, как опасный предмет (так, распространены запреты на контакт с зеркалами беременных женщин, детей и др.), с другой, подобно другим металлическим и блестящим предметам, – как оберег.

Рис. 3. Бронзовое египетское зеркало. Ручка изготовлена в виде головы Хатхор, богини неба, радости, любви, опьянения и материнства. Новое царство. Британский музей, Лондон.Рис. 3. Бронзовое египетское зеркало. Ручка изготовлена в виде головы Хатхор, богини неба, радости, любви, опьянения и материнства. Новое царство. Британский музей, Лондон.В мифах отражение в зеркалах (или заменяющей его блестящей поверхности) – один из способов для героя избежать вредоносного магического влияния (например, борьба Персея с горгоной Медузой). Зеркало считается одной из восьми драгоценностей созерцания в северном буддизме, одним из трёх священных символов японских императоров. Иллюзионистическая способность зеркала создавать «реальность в реальности» используется в европейской живописи с 15 в. («Портрет четы Арнольфини» Я. ван Эйка и др.). Зеркало как средство попадания героя в «иной мир» («Зазеркалье») – один из важнейших фантастических мотивов в европейской литературе.