镜像

背景

从最早的有记载的历史开始，人类就对倒影着迷。据说水仙被自己在水池中的倒影迷住了，魔法力量被赋予了童话故事中的镜子。镜子已经从反光池和抛光金属表面发展到透明玻璃手持和浴室镜子。自 17 世纪以来，它们就被用于室内装饰，汽车和酒店大堂的反光表面在现代设计中仍然很受欢迎。镜子也用于实际目的：检查我们的外表，检查我们身后的道路，建造摩天大楼，以及制造科学研究仪器，例如显微镜和激光。

现代镜子的性质与水池没有根本的不同。当光线照射到任何表面时，其中一些会被反射。镜子只是光滑的表面，带有光泽的深色背景，可以很好地反射。水反射很好，玻璃反射很差，抛光金属反射非常好。反射率（从表面反射多少光）和表面的扩散率（从表面反射光的方向）可能会改变。然而，这些改变仅仅是改进。一般来说，所有的反射面，因此，所有的镜子，在特性上都是一样的。

人造镜子自古就有。最初的镜子通常是抛光的金属片，几乎专供统治阶级使用。外貌往往反映，在某些情况下，决定了社会的地位和权力，因此对镜的需求很高，对提高镜子制作技术的需求也是如此。镀银——在玻璃板背面涂上熔化的银的过程——成为 1600 年代最流行的制造镜子的方法。这些早期镜子中使用的玻璃经常翘曲，在图像中产生波纹。在某些严重的情况下，这些镜子反射的图像与我们今天在游乐园镜子中看到的图像相似。现代玻璃制造和冶金技术使生产非常平坦且背面涂层均匀的玻璃板变得容易，极大地提高了图像清晰度。尽管如此，镜子的质量取决于制作它所花费的时间和材料。手持钱包镜子可能会反射扭曲的图像，而好的浴室镜子可能不会有明显的扭曲。科学镜的设计几乎没有任何缺陷或扭曲质量。

材料技术极大地影响镜子的质量。光从非漫射的表面反射得最好，即光滑和不透明的，而不是透明的。这种安排的任何缺陷都会降低镜子的有效性。镜子制造方面的创新旨在使所用玻璃变平并应用均匀厚度的金属涂层，因为光线穿过不同厚度的玻璃在镜子的不同部分传播会导致图像失真。正是由于这些不规则，有些镜子让你看起来比正常人更瘦，有些人更胖。如果镜子上的金属背板有划痕或薄点，反射的亮度也会不均匀。如果涂层很薄，则可以透过镜子看到。这就是单向镜的制作方法。非不透明涂层覆盖在薄金属背衬上，只有镜子的一侧（反射侧）被照亮。这允许另一边的观众在黑暗的房间里看透。

原材料

镜子的主要成分玻璃是一种较差的反射器。它只反射了大约 4% 的光线。然而，它确实具有均匀性，特别是在抛光时。这意味着玻璃在抛光后几乎没有凹坑，并且会形成金属反射层的有效基底。沉积金属层时，表面非常平整，没有凸起或凹坑。玻璃也被认为是制作镜子的好材料，因为它可以塑造成各种形状的特种镜子。玻璃板由二氧化硅制成，可以从沙子中开采或提炼。由天然二氧化硅晶体制成的玻璃被称为熔融石英。还有合成玻璃，称为合成熔融石英。二氧化硅或石英在高温下熔化，然后倒入或滚成薄片。

一些其他类型的玻璃用于制作高质量的科学级镜子。这些通常包含一些其他化学成分来增强玻璃或使其能够抵抗某些极端环境。例如，Pyrex 是一种硼硅酸盐玻璃——一种由二氧化硅和硼组成的玻璃——当镜子必须承受高温时使用。

在某些情况下，塑料基板和玻璃基板一样好。特别是，儿童玩具上的镜子通常是这样制作的，因此它们不会那么容易破裂。塑料聚合物由石油和其他有机化学品制成。它们可以注塑成任何所需的形状，包括平板和圆形，并且可以根据设计要求制成不透明或透明的。

必须对这些基材进行涂层才能制成镜子。金属涂层是最常见的。多种金属，如银、金、和 chrome，适用于此应用程序。一百年前，银是最流行的镜面背衬，导致了“镀银”一词的出现。然而，旧的银背镜子通常在玻璃后面有黑线，因为材料涂层非常薄且不均匀，导致它剥落、刮伤或失去光泽。最近，在 1940 年之前，镜子制造商使用水银，因为它可以均匀地散布在玻璃表面并且不会变色。这种做法最终也被放弃了，因为它带来了有毒液体的密封问题。今天，铝是镜子最常用的金属涂层。

科学级反射镜有时涂有其他材料，如氧化硅和氮化硅，多达数百层，每层厚度为 10,000 分之一英寸。这些类型的涂层，称为介电涂层， 本身既用作反射器，又用作金属涂层的保护涂层。它们比金属更耐刮擦。科学镜还使用银涂层，有时也使用金涂层，以或多或少地反射特定颜色的光。

设计

表面规则可能是镜子最重要的设计特征。家用镜子必须符合与窗玻璃和相框玻璃大致相同的规格。使用的玻璃板必须相当平整且耐用。设计者只需指定所需的厚度即可；例如，较厚的镜子更耐用，但也较重。科学镜通常具有专门设计的表面。这些表面必须在几 1000 英寸的范围内均匀光滑，并且可以设计成具有特定的曲率，就像 眼镜镜片一样。 这些镜子的设计原理与眼镜的设计原理相同：镜子可能旨在聚焦和反射光线。

镜子设计还将指定要使用的涂层类型。根据所需的耐用性和反射率选择涂层材料，并且根据镜子的预期用途，可以将其涂在镜子的前表面或后表面。在此阶段还必须指定任何后续的保护涂层层。对于大多数常见的镜子，反射涂层将涂在玻璃的背面，因为它不太可能在那里受到伤害。然后经常将背面安装在镜子制造的初始步骤包括玻璃坯的切割和成型。切割通常使用锯头嵌入金刚石粉来完成。接下来，将毛坯放入光学研磨机中，该机器使用研磨液和磨盘在毛坯上产生非常均匀、光滑的表面。然后将反射材料施加到蒸发器中，该蒸发器加热金属涂层，直到它蒸发到毛坯表面。塑料或金属框架，以完全密封涂层与空气和尖锐物体。

对于科学用途，必须考虑镜子反射的光的颜色或波长。对于标准的可见光或紫外光反射镜，铝涂层很常见。如果镜子要使用红外线，最好镀银或镀金。介电涂层在红外范围内也很好。然而，最终，涂层的选择将取决于耐用性和波长范围，并且可能会为了弹性而牺牲一些反射率。例如，介电涂层比金属涂层更耐刮擦，尽管增加了成本，但这些涂层通常添加在金属顶部以保护它。科学级镜子上的涂层通常涂在玻璃的前表面，因为穿过玻璃的光线总是会发生很小的扭曲。这在大多数科学应用中是不可取的。

制造
过程

玻璃切割和成型

1 制造任何镜子的第一步是切割玻璃“空白”的轮廓以适应应用。如果镜子用于汽车， 例如，玻璃将被切割成适合汽车上的后视镜支架。尽管一些镜子制造商自己切割玻璃，但其他制造商会收到已经切割成坯料的玻璃。无论是谁切割玻璃，都使用非常坚硬、锋利的刀片进行切割。钻石划线器或锯——锋利的金属尖头或嵌入钻石粉的锯——经常被使用，因为在玻璃磨损钻石之前，钻石会先磨损玻璃。使用的切割方法完全取决于镜子的最终形状。在一种方法中，刀片或划线器可用于切割玻璃的一部分；然后可以使用压力沿着刻痕线打破玻璃。在另一种方法中，机器使用金刚石锯通过多次来回或上下拉动刀片来切割玻璃，就像自动带锯一样。切割通常在施加金属涂层之前进行，因为切割后涂层可能会从玻璃上剥落。切割玻璃以形成毛坯的另一种方法是在熔融状态下模制玻璃。
然后将 2 个毛坯放入光学研磨机中。这些机器由大型底板组成，底板上充满了用于固定坯料的凹陷。将填充坯料的底座放在另一块具有所需表面形状的金属板上：平面、凸面或凹面。当玻璃毛坯在曲面上摩擦或滚动时，研磨剂（一种砂质液体）会散布在玻璃毛坯上。该动作类似于用研钵和研杵研磨香料。化合物中的砂粒逐渐磨损玻璃表面，直到它呈现出与磨盘相同的形状。使用越来越细的砂砾，直到表面非常光滑和均匀。
也存在手工研磨技术，但它们极其耗时且难以控制。它们仅用于不可能进行机械研磨的情况，例如非常大或形状异常的表面。一台商用光学研磨机可以容纳 50 到 200 个毛坯，这些毛坯都是同时抛光的。这比手工打磨要高效得多。甚至特殊光学器件也可以在可调设备中机械制造。

应用反光材料

3 当玻璃表面经过适当的成型并抛光至光滑表面后，就会涂上设计师选择的任何反光材料。无论涂层材料如何，它都应用于称为蒸发器的设备中。蒸发器是一个大型真空室，上面有一块用于支撑空白镜的上板和一个用于熔化镀层金属的下坩埚。之所以这样称呼，是因为金属在坩埚中被加热到蒸发到真空中的程度，在玻璃表面沉积一层涂层，就像热气会蒸冷窗户一样。坯料位于上板孔的中心，使金属蒸汽到达玻璃表面。金属在蒸发之前可以加热到数百或数千度（取决于金属的沸点）。此过程的温度和时间控制得非常精确，以实现准确的金属厚度。这种涂层方法可产生非常均匀且高反射性的表面。
4 上板孔的形状将转移到金属玻璃上，如油漆通过模板。这种效果通常用于刻意地对镜子进行图案化。可以将金属模板或掩模应用于玻璃表面以创建一种或多种图案。
5 电介质涂层——作为反射层或作为金属涂层上的保护层——的应用方式大致相同，不同之处在于使用气体代替金属块。氧化硅和氮化硅通常用作介电涂层。当这些气体在极端高温下结合时，它们会发生反应形成固体物质。这种反应产物像金属一样形成涂层。
6 可以将几个蒸发步骤结合起来制作多层涂层。透明的电介质材料可以蒸发在金属或其他电介质的顶部，以改变表面的反射或机械特性。例如，玻璃背面镀银的镜子通常会涂上一层不透明的介电层，以提高反射率并防止金属刮伤。单向镜是此过程的例外，在这种情况下必须非常小心，不要损坏薄金属涂层。
7 最后，在涂上适当的涂层后，成品镜会安装在底座上或小心地包装在防震包装中以便运输。

质量控制

镜子必须有多好？让 80% 的光反射就足够了吗？是否所有 80% 都必须在完全相同的方向上反弹？答案取决于应用程序。钱包镜子可能只有 80% 或 90% 的反射率，并且玻璃的厚度可能有一些轻微的不规则性（如池塘表面的涟漪）。在这种情况下，图像会稍微失真，但肉眼几乎看不到失真。但是，如果要将镜子用于科学应用，例如在望远镜中，则必须在非常特定的程度上了解表面的形状和涂层的反射率，以确保反射光准确地到达目标位置。望远镜设计师想要它，而且强度合适。镜子的公差将影响其制造的成本和难易程度。

批量镜面均匀性是质量保证的首要工作。研磨板或蒸发器室边缘的反射镜可能与设备中心的反射镜表面或涂层不同。如果在单批反射镜中存在较大范围的金属厚度或表面平整度，则必须调整工艺以提高均匀性。

使用多种方法来测试镜子的完整性。首先目视检查表面质量是否有划痕、不平整、凹坑或波纹。这可以通过肉眼、显微镜或旨在显示金属厚度差异的红外摄影过程来完成。

对于更严格的表面控制，可以通过沿表面移动触笔来测量镜子的轮廓。手写笔的位置在它被拖过镜子时被记录下来。这类似于电唱机的工作方式。与唱机一样，机械手写笔的缺点是它会损坏它正在检测的表面。镜子制造商已经找到了与记录行业相同的解决方案：使用激光。激光可以像光盘播放器一样用于无损检测从光盘读取音乐而不改变其表面。

除了这些机械测试外，镜子可能会暴露在各种环境条件下。例如，汽车后视镜经过极端寒冷和炎热典型的镜子可以包括金属反射层和一层或多层介电涂层——作为金属层上的保护层.除了使用氧化硅和氮化硅等气体代替金属块外，电介质涂层的应用方式与金属层大致相同。确保它们能够承受天气条件，同时测试浴室镜子的防水性。