Zwierciadłem nazywamy taki element układu optycznego, który wykorzystuje zjawisko odbicia światła, a swoje zastosowanie znalazł między innymi w budowie teleskopów optycznych, kondensatorów, reflektorów, interferometrów czy rezonatorów optycznych. Stanowi ono taflę szkła, którego powierzchnia pokryta jest od spodniej strony srebrem bądź glinem (aluminium) o własnościach odbijania obrazów różnych przedmiotów. Te warstwy metaliczne napylane są na specjalnie w tym celu przygotowaną warstwę szklaną, metaliczną czy też syntetyczną. Właściwości te zależą przede wszystkim od kształtu zwierciadła oraz jego gładkości powierzchniowej (w teleskopach optycznych używa się zwierciadeł o najwyższej gładkości powierzchniowej- dokładność nawet do stu nanometrów).

Zwierciadła możemy podzielić ze względu na kształt powierzchni. Wyróżniamy zatem zwierciadła płaskie (stosowane głównie w celu zmienienia kierunku biegu bądź też rozdzielenia promieni świetlnych- tzw. zwierciadła półprzepuszczalne; w zwierciadle płaskim obraz obiektu znajduje się poprzez wykonanie odbicia symetrycznego względem płaszczyzny zwierciadła- rysunek pierwszy- powstały obraz jest pozorny, prosty i tej samej wielkości), wklęsłe/skupiające (obraz pozorny, prosty i powiększony) oraz wypukłe/rozpraszające (służące ogniskowaniu czy też rozogniskowywaniu promieni świetlnych, przy czy pełnią rolę analogiczną jak w przypadku soczewek optycznych, z tym, że zwierciadła wklęsłe są odpowiednikiem soczewek skupiających, natomiast zwierciadła wypukłe pełnią rolę analogiczną do soczewek rozpraszających). Kolejnym kryterium podziału zwierciadeł może być rodzaj krzywizny, jaką powodują. I tak, wyróżniamy zwierciadła sferyczne (o powierzchni będącej fragmentem sfery, wykorzystuje się je podobnie jak soczewkę), cylindryczne, paraboliczne/paraboloidalne (o krzywiźnie będącej fragmentem paraboloidy obrotowej), czy hiperboliczne (hiperboloidalne).

Rysunek1 przedstawia sposób powstawania obrazu w zwierciadle płaskim:

Obrazy powstające w zwierciadle płaskim mają następujące własności: obraz przedmiotu jest pozorny, co oznacza, że został utworzony przez przedłużenia promieni świetlnych; ponadto obraz ten jest prosty (czyli nie odwrócony), a także jest tej samej wielkości, co przedmiot. Cechą charakterystyczną obrazów powstałych w zwierciadle płaskim jest to, że różnią się one od przedmiotów stronami (strona prawa i lewa zostają zamienione).

Rysunek2 przedstawia sposób powstawania obrazu w zwierciadle wklęsłym:

Zwierciadło sferyczne wklęsłe stanowi wewnętrzną powierzchnie sfery. Pokierowano na nie wiązkę promieni równoległych (patrz rys. 2). Z obserwacji wynika po pierwsze, że odległość OA jest równa długości promienia sfery R; po drugie, w ognisku zwierciadła (punkcie F) przecinają się promienie wiązki równoległej odbite od zwierciadła (leży on w połowie odcinka OA); po trzecie, odcinek FA (ogniskowa zwierciadła) oznaczany jest małą literą f (gdzie w tym wypadku f = R/2). Zależnie od ustawienia przedmiotu w zwierciadle wklęsłym tworzą się różne obrazy, dlatego należy rozpatrzyć następujące przypadki położenia przedmiotu:

  • pomiędzy zwierciadłem a ogniskiem- to utworzony obraz jest: pozorny, prosty, powiększony.
  • w ognisku- wtedy obraz nie powstanie, gdyż promienie świetlne i ich przedłużenia biegną równolegle i nie mają szans się przeciąć
  • pomiędzy ogniskiem a promieniem sfery- wtedy obraz jest rzeczywisty, odwrócony i powiększony
  • w środku sfery- wtedy obraz jest rzeczywisty, odwrócony i takich samych rozmiarów jak przedmiot
  • w odległości większej niż środek sfery- wtedy obraz jest rzeczywisty, odwrócony, pomniejszony

Rysunek3 przedstawia sposób powstawania obrazu w zwierciadle wypukłym:

Zwierciadło sferyczne wypukłe - w tym przypadku niezależnie od odległości przedmiotu od zwierciadła powstający obraz jest pozorny, prosty i pomniejszony. Po skierowaniu na nie wiązki promieni równoległych (rys. 3) łatwo zaobserwować, że przedłużenia promieni świetlnych przecinają się w punkcie F' (zwanym ogniskiem pozornym zwierciadła) natomiast długość odcinka AF' = AF = f; odległość AO i AO' jest równa długości promienia sfery R a odległość AF nazywana jest ogniskową zwierciadła i oznaczana małą literą f, gdzie f = R/2