光的反射原理及反射鏡

光行進(jìn)到兩種媒質(zhì)的分界面時(shí)，有一部分返回原媒質(zhì)的現(xiàn)象。如果入射點(diǎn)處分界面的不平整程度比波長小得多，就可看作平滑分界面。光在平滑分界面上的反射為鏡反射，或稱單向反射。否則，為漫反射。如果既有鏡反射，又有漫反射，則稱為混合反射。漫反射時(shí)各不同方向的光的亮度如果都相同，則稱為均勻漫反射。同一次反射過程中，有些波長的光反射得多些，則稱為選擇反射。可以利用涂膜技術(shù)，改變媒質(zhì)分界面的光學(xué)性質(zhì)，使反射光中減少或增多某一波長的光的成分，以適應(yīng)不同光學(xué)元件的要求。垂直于或近似垂直于分界面的正入射光所引起的反射稱為正反射。

　　單位時(shí)間內(nèi)從界面單位面積上反射光所帶走的能量與入射光入射的能量之比，稱為反射率。能量之比等于光強(qiáng)之比，故反射率即為反射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比，也等于反射光與入射光的振幅平方之比。正反射時(shí)，反射率可用第二媒質(zhì)對(duì)第一媒質(zhì)的相對(duì)折射率n21(=n2/n1)表示，為R=(n21-1)2/(n21+2)2。反射光波振幅與入射光波振幅之比，稱為反射比或反射系數(shù)。

　　研究某材料的反射情況，需要測(cè)定該材料樣品平面在各方向上對(duì)各種波長的反射率。對(duì)于一般性的研究工作，國際照明委員會(huì)(簡寫CIE)推薦取 45°±5°方向上照明，90°±10°的法線方向觀測(cè);也可以90°±10°照明而以45°±5°觀測(cè)。物質(zhì)的反射率與厚度有關(guān)，因?yàn)橐徊糠止庖赃M(jìn)入物體內(nèi)部，然后再被反射出來。故嚴(yán)格的定義還應(yīng)限定材料樣品的厚度。

　　反射率有時(shí)也稱為反射比，反射系數(shù)，反射本領(lǐng)或反射因數(shù)。我國全國自然科學(xué)名詞審定委員會(huì)于1988年公布的物理學(xué)名詞(基礎(chǔ)物理學(xué)部分)中，把這些術(shù)語統(tǒng)一規(guī)范為強(qiáng)度反射率和振幅反射率。

　　光的反射是生活中常見的現(xiàn)象。沙漠中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種稱為海市蜃樓的光學(xué)幻視現(xiàn)象，這是一種光的反射現(xiàn)象。當(dāng)大氣下層熱，上層涼，光線從地面向上傳播逐漸彎曲而至反射，使沙漠中的人們看到遠(yuǎn)處的景物。這稱為下現(xiàn)蜃景。如果冷氣流在下層，則可能會(huì)發(fā)生上部景物的全反射成像，稱為上現(xiàn)蜃景。

　　反射鏡(mirror) 利用反射面反射光線的光學(xué)元件。通常有平面反射鏡、球面反射鏡和非球面反射鏡三種。根據(jù)反射的程度又可分為全反射和半透半反射兩種，后者常簡稱為分束鏡。

　　平面鏡反射鏡 通常由鍍銀或鍍鋁的平面玻璃制成。平面反射鏡對(duì)實(shí)物成虛像，對(duì)虛物成實(shí)像。它是唯一不破壞光束單心性的光學(xué)元件，能形成完善的像。

　　球面反射鏡 反射面為球面。若球心位于受光面一側(cè)，則稱為凹球面鏡，簡稱凹面鏡;球心位于受光面另一側(cè)，則稱為凸球面鏡，簡稱凸面鏡。凹面鏡是會(huì)聚鏡，平行光束經(jīng)它反射后會(huì)聚于一點(diǎn)，此點(diǎn)為實(shí)焦點(diǎn)。把點(diǎn)光源放在實(shí)焦點(diǎn)位置上，光束經(jīng)反射后成為平行光束。凸面鏡是發(fā)散鏡，平行光束經(jīng)它反射后成發(fā)散光束，反射光線的反向延長線交于一點(diǎn)，此點(diǎn)為虛焦點(diǎn)。汽車駕駛室兩旁安置的觀察鏡為凸面鏡，遠(yuǎn)處的物體在虛焦點(diǎn)前附近形成正立縮小的虛像。

　　非球面反射鏡 有拋物面鏡、雙曲面鏡、橢球面鏡、錐面和柱面反射鏡等。平行光軸的光束經(jīng)拋物面鏡反射后會(huì)聚于拋物面的焦點(diǎn)，在反射式天文望遠(yuǎn)鏡中做物鏡，可以使遙遠(yuǎn)的星體成像于焦點(diǎn)處。反之由焦點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)拋物面鏡反射后形成平行光束，用于做探照燈。雙曲面鏡和橢球面鏡常用于某些特殊的光學(xué)系統(tǒng)中，以簡化結(jié)構(gòu)和改進(jìn)成像質(zhì)量。