la reflexión de la luz es especular (similar a un espejo) o difusa (reteniendo la energía, pero perdiendo la imagen) dependiendo de la naturaleza de la interfaz. En la reflexión especular, la fase de las ondas reflejadas depende de la elección del origen de las coordenadas, pero la fase relativa entre las polarizaciones s y p (TE Y TM) está fijada por las propiedades de los medios y de la interfaz entre ellos.,
un espejo proporciona el modelo más común para la reflexión de la luz especular, y típicamente consiste en una hoja de vidrio con un revestimiento metálico donde se produce la reflexión significativa. La reflexión es aumentada en metales por la supresión de la propagación de onda más allá de sus profundidades de la piel. La reflexión también ocurre en la superficie de medios transparentes, como agua o vidrio.
En el diagrama, un rayo de luz PO huelgas de un espejo vertical en el punto O, y el rayo reflejado se OQ., Al proyectar una línea imaginaria a través del punto o perpendicular al espejo, conocido como el normal, podemos medir el ángulo de incidencia, θi y el ángulo de reflexión, θr. La Ley de reflexión establece que θi = θr, o en otras palabras, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
de hecho, la reflexión de la luz puede ocurrir cuando la luz viaja desde un medio de un índice de refracción dado a un medio con un índice de refracción diferente. En el caso más general, una cierta fracción de la luz se refleja desde la interfaz, y el resto se refracta., La resolución de las ecuaciones de Maxwell para un rayo de luz que golpea un límite permite la derivación de las ecuaciones de Fresnel, que se pueden utilizar para predecir cuánta luz se refleja, y cuánto se refracta en una situación dada. Esto es análogo a la forma en que el desajuste de impedancia en un circuito eléctrico causa la reflexión de las señales. La reflexión interna Total de la luz de un medio más denso ocurre si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico.
la reflexión interna Total se utiliza como un medio de enfocar ondas que no pueden reflejarse efectivamente por medios comunes., Los telescopios de rayos X se construyen creando un «túnel» convergente para las ondas. A medida que las ondas interactúan en ángulo bajo con la superficie de este túnel, se reflejan hacia el punto de enfoque (o hacia otra interacción con la superficie del túnel, eventualmente dirigidas al detector en el foco). Un reflector convencional sería inútil ya que los rayos X simplemente pasarían a través del reflector previsto.
Cuando la luz se refleja fuera de un material con un índice de refracción más alto que el medio en el que está viajando, se somete a un cambio de fase de 180°., Por el contrario, cuando la luz se refleja en un material con menor índice de refracción, la luz reflejada está en fase con la luz incidente. Este es un principio importante en el campo de la óptica de película delgada.
la reflexión especular forma imágenes. La reflexión de una superficie plana forma una imagen de espejo, que parece invertirse de izquierda a derecha porque comparamos la imagen que vemos con lo que veríamos si nos giráramos en la posición de la imagen. La reflexión especular en una superficie curva forma una imagen que puede ser magnificada o desmagnificada; los espejos curvados tienen potencia óptica., Tales espejos pueden tener superficies esféricas o parabólicas.
Refracción de la luz en la interfase entre dos medios de comunicación.
Leyes de la reflexión
Un ejemplo de la ley de la reflexión
Si la superficie reflectante es muy suave, la reflexión de la luz que se produce se llama especular o regular a la reflexión., Las leyes de la reflexión son las siguientes:
- El rayo incidente, el rayo reflejado y el normal a la superficie de reflexión en el punto de la incidencia se encuentran en el mismo plano.
- El ángulo que el rayo incidente forma con la normal es igual al ángulo que el rayo reflejado hace a la misma normal.
- El rayo reflejado y el rayo incidente están en los lados opuestos de lo normal.
estas tres leyes pueden derivarse de las ecuaciones de Fresnel.,
Mecanismo de
2D simulación: reflexión de una partícula cuántica. El desenfoque blanco representa la distribución de probabilidad de encontrar una partícula en un lugar dado si se mide.
en electrodinámica clásica, la luz es considerada como una onda electromagnética, que es descrita por las ecuaciones de Maxwell., Las ondas de luz que inciden en un material inducen pequeñas oscilaciones de polarización en los átomos individuales (u oscilación de electrones, en metales), causando que cada partícula irradie una pequeña onda secundaria en todas las direcciones, como una antena dipolar. Todas estas ondas se suman para dar reflexión especular y refracción, de acuerdo con el principio de Huygens–Fresnel.
en el caso de dieléctricos como el vidrio, el campo eléctrico de la luz actúa sobre los electrones en el material, y los electrones en movimiento generan campos y se convierten en nuevos radiadores., La luz refractada en el vidrio es la combinación de la radiación delantera de los electrones y la luz incidente. La luz reflejada es la combinación de la radiación hacia atrás de todos los electrones.
en los metales, los electrones sin energía de unión se llaman electrones libres. Cuando estos electrones oscilan con la luz incidente, la diferencia de fase entre su campo de radiación y el campo incidente es π (180°), por lo que la radiación hacia adelante cancela la luz incidente, y la radiación hacia atrás es solo la luz reflejada.,
la interacción luz–materia en términos de fotones es un tema de la electrodinámica cuántica, y es descrita en detalle por Richard Feynman en su popular libro QED: The Strange Theory of Light and Matter.,
reflexión difusa
mecanismo de dispersión General que da reflexión difusa por una superficie sólida
Cuando la luz golpea la superficie de un material (no metálico) rebota en todas las direcciones debido a el material (por ejemplo, los límites de grano de un material policristalino, o los límites de células o fibras de un material orgánico) y por su superficie, si es áspera. Por lo tanto, una ‘imagen’ no se forma., Esto se llama reflexión difusa. La forma exacta de la reflexión depende de la estructura del material. Un modelo común para la reflexión difusa es la reflectancia lambertiana, en la que la luz se refleja con igual luminancia (en fotometría) o radiación (en radiometría) en todas las direcciones, según lo definido por la ley del coseno de Lambert.
la luz enviada a nuestros ojos por la mayoría de los objetos que vemos se debe a la reflexión difusa de su superficie, por lo que este es nuestro mecanismo primario de observación física.,
Retrorreflexión
principio de funcionamiento de un corner reflector
Algunas superficies presentan retrorreflexión. La estructura de estas superficies es tal que la luz se devuelve en la dirección de la que proviene.
Cuando se vuela sobre nubes iluminadas por la luz del sol, la región que se ve alrededor de la sombra del avión aparecerá más brillante, y un efecto similar puede verse desde el rocío sobre la hierba., Esta retrorreflexión parcial es creada por las propiedades refractivas de la superficie de la gotita curva y las propiedades reflectantes en la parte posterior de la gotita.
las retinas de algunos animales actúan como retrorreflectoras (ver tapetum lucidum para más detalles), ya que esto mejora efectivamente la visión nocturna de los animales. Dado que las lentes de sus ojos modifican recíprocamente los caminos de la luz entrante y saliente, el efecto es que los ojos actúan como un fuerte retrorreflector, a veces visto por la noche al caminar en tierras salvajes con una linterna.,
un retrorreflector simple se puede hacer colocando tres espejos ordinarios mutuamente perpendiculares entre sí (un reflector de esquina). La imagen producida es la inversa de una producida por un solo espejo. Una superficie puede hacerse parcialmente retrorreflectiva depositando una capa de pequeñas esferas refractivas sobre ella o creando pequeñas estructuras piramidales. En ambos casos, la reflexión interna hace que la luz se refleje de nuevo a donde se originó. Esto se usa para hacer que las señales de tráfico y las matrículas de los automóviles reflejen la luz principalmente en la dirección de la que proviene., En esta aplicación no se desea una retrorreflexión perfecta, ya que la luz se dirigiría de nuevo a los faros de un automóvil que se aproxima en lugar de a los ojos del conductor.
Múltiples reflexiones
reflexiones Múltiples en dos espejos planos en un ángulo de 60°.
Cuando la luz se refleja en un espejo, una imagen aparece. Dos espejos colocados exactamente cara a cara dan la apariencia de un número infinito de imágenes a lo largo de una línea recta., Las múltiples imágenes vistas entre dos espejos que se sientan en un ángulo entre sí se encuentran sobre un círculo. El Centro de ese círculo se encuentra en la intersección imaginaria de los espejos. Un cuadrado de cuatro espejos colocados cara a cara dan la apariencia de un número infinito de imágenes dispuestas en un plano. Las múltiples imágenes vistas entre cuatro espejos que ensamblan una pirámide, en la que cada par de espejos se asienta en un ángulo entre sí, se encuentran sobre una esfera. Si la base de la pirámide tiene forma de rectángulo, las imágenes se extienden sobre una sección de un toro.,
tenga en cuenta que estos son ideales teóricos, que requieren una alineación perfecta de reflectores perfectamente lisos, perfectamente planos y perfectos que no absorben nada de la luz. En la práctica, estas situaciones solo pueden ser abordadas pero no logradas porque los efectos de cualquier imperfección superficial en los reflectores se propagan y magnifican, la absorción extingue gradualmente la imagen y cualquier equipo de observación (biológico o tecnológico) interferirá.,
reflexión conjugada compleja
en este proceso (que también se conoce como conjugación de fase), la luz rebota exactamente en la dirección de la que proviene debido a un proceso óptico no lineal. No solo se invierte la dirección de la luz, sino que también se invierten los frentes de onda reales. Un reflector conjugado se puede usar para eliminar aberraciones de un haz reflejándolo y luego pasando el reflejo a través de la óptica aberrante una segunda vez., Si uno mirara en un espejo conjugado complejo, sería negro porque solo los fotones que salieron de la pupila llegarían a la pupila.