镜面反射 Specular reflection

2022-11-09 09:03:36 浏览:254

定义

反射光,其中反射光的角度等于入射光的角度,但在表面法线的另一侧。

图1:平坦表面上的镜面反射,其中输出角度等于入射角。

经典类型的光反射是镜面反射,来自拉丁语speculum(镜子),或者替代规则反射。 这种反射在光滑的表面上会遇到,例如抛光金属或玻璃片,包括具有全内反射的外壳,或在液体表面上。 在这里,反射光的角度,相对于表面法线测量,等于入射光的角度(见图1)。 这种情况通常在各种类型的平面镜上以高精度发现。 对于弯曲反射表面,还可以获得镜面反射;然后根据局部法线方向测量入射角和输出角。

反射的普通定律(输出角=入射角)与沿反射面的波矢量分量保持不变有关。

其他类型的反射,涉及光的散射

如果反射面几乎平坦,但不是完全平坦,则输出光可能会分布在一定范围内的角度;这称为漫散射。 对于表面非常粗糙,导致明显的散射,可以存在很大的角度范围,例如宽度为10°。 特别是体积扩散器,但也有一些哑光涂料,往往会产生更宽的角度分布的散射光,通常甚至接近朗伯散射体的标准情况。 这可以被认为是镜面反射的对立面:完美漫反射。 还可以有镜面反射和漫反射的组合;具有此类属性的物体除了表现出漫反射散射产生的外观外,还表现出镜面反射高光(取决于照明条件)。

从远处看,镜面反射可能比漫反射亮得多,因为反射光集中在较小的方向范围内。 (在激光安全的背景下,这可能是一个问题。 另一方面,如果反射光错过了他或她的眼睛,则吸收器不会注意到镜面反射。

镜面反射的条件

由于可见光的波长相当小(远低于1μm),因此纯镜面反射需要高度的表面平整度 - 例如,比微波要多得多。 因此,例如,金属表面需要非常仔细地抛光,以获得近乎完美的镜面反射。

衍射光栅的反射

镜面反射的修改形式可能发生在衍射光栅上。 在这里,输出角可以大大偏离入射角,并且还取决于光学波长,但在理想情况下同样没有漫反射。

成像中的镜面反射

镜面反射可用于成像,例如,在反射望远镜中。 与引入随机角度变化的漫反射相反,镜面反射时会保留图像信息。 然而,漫反射器仍然可以在某些成像仪器中用作屏幕;这样的屏幕需要放置在图像平面中。

基础光学

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