reflectie van licht is ofwel spiegelachtig (spiegelachtig) of diffuus (behoud van de energie, maar verlies van het beeld) afhankelijk van de aard van de interface. In spiegelreflectie hangt de fase van de gereflecteerde golven af van de keuze van de oorsprong van de coördinaten, maar de relatieve fase tussen s en p (TE en TM) polarisaties wordt bepaald door de eigenschappen van de media en van de interface tussen hen.,
een spiegel is het meest voorkomende model voor spiegelreflectie, en bestaat meestal uit een glasplaat met een metalen coating waar de significante reflectie optreedt. Reflectie wordt versterkt in metalen door onderdrukking van golfvoortplanting buiten hun huiddieptes. Reflectie vindt ook plaats aan het oppervlak van transparante media, zoals water of glas.
In het diagram slaat een lichtstraal PO een verticale spiegel op punt O, en de gereflecteerde straal is OQ., Door een denkbeeldige lijn door punt O loodrecht op de spiegel te projecteren, bekend als de normale, kunnen we de invalshoek, θi en de reflectiehoek, θr meten. De wet van reflectie stelt dat θi = θr, of met andere woorden, de invalshoek gelijk is aan de reflectiehoek.
in feite kan lichtreflectie optreden wanneer licht van een medium met een bepaalde brekingsindex naar een medium met een andere brekingsindex reist. In het meest algemene geval wordt een bepaalde fractie van het licht gereflecteerd vanuit de interface, en de rest wordt gebroken., Het oplossen van Maxwell ‘ s vergelijkingen voor een lichtstraal die een grens raakt, maakt de afleiding van de Fresnelvergelijkingen mogelijk, die kunnen worden gebruikt om te voorspellen hoeveel van het licht wordt gereflecteerd en hoeveel wordt gebroken in een bepaalde situatie. Dit is analoog aan de manier waarop impedantie mismatch in een elektrisch circuit reflectie van signalen veroorzaakt. De totale interne reflectie van licht van een dichter medium vindt plaats als de invalshoek groter is dan de kritische hoek.
totale interne reflectie wordt gebruikt als een middel om golven te scherpen die niet effectief kunnen worden gereflecteerd met gewone middelen., X-ray telescopen worden geconstrueerd door het creëren van een convergerende “tunnel” voor de golven. Aangezien de golven onder een lage hoek met het oppervlak van deze tunnel interageren, worden ze gereflecteerd naar het scherpstelpunt (of naar een andere interactie met het tunneloppervlak, waarbij ze uiteindelijk naar de detector bij het scherpstel worden geleid). Een conventionele reflector zou nutteloos zijn omdat de röntgenstralen gewoon door de beoogde reflector zouden gaan.
wanneer licht weerkaatst van een materiaal met een hogere brekingsindex dan het medium waarin het zich beweegt, ondergaat het een faseverschuiving van 180°., In tegenstelling, wanneer het licht van een materiaal met lagere brekingsindex weerkaatst is het gereflecteerde licht in fase met het invallende licht. Dit is een belangrijk principe op het gebied van dunne-film-optica.
spiegelreflectie vormt beelden. Reflectie van een vlak oppervlak vormt een spiegelbeeld, dat van links naar rechts lijkt te zijn omgekeerd omdat we het beeld dat we zien vergelijken met wat we zouden zien als we in de positie van het beeld zouden worden gedraaid. Spiegelreflectie op een gebogen oppervlak vormt een beeld dat kan worden vergroot of demagnified; gebogen spiegels hebben optisch vermogen., Dergelijke spiegels kunnen oppervlakken hebben die bolvormig of parabool zijn.
breking of light at the interface between two media.
wetten van reflectie
Een voorbeeld van de wet van reflectie
als het spiegeloppervlak zeer glad is, wordt de reflectie van licht die optreedt, spiegelreflectie genoemd.of regelmatige reflectie., De wetten van de reflectie zijn als volgt:
- de invallende straal, de gereflecteerde straal en de normaal naar het reflectieoppervlak op het punt van de inslag liggen in hetzelfde vlak.
- de hoek die de invallende straal maakt met de norm is gelijk aan de hoek die de gereflecteerde straal maakt met dezelfde norm.
- de gereflecteerde straal en de invallende straal bevinden zich aan de tegenovergestelde zijden van de normale.
deze drie wetten kunnen allemaal worden afgeleid uit de Fresnelvergelijkingen.,
mechanisme
2D simulatie: reflectie van een kwantumdeeltje. White blur vertegenwoordigt de kansverdeling van het vinden van een deeltje op een bepaalde plaats indien gemeten.
in de klassieke elektrodynamica wordt licht beschouwd als een elektromagnetische golf, die wordt beschreven door Maxwell ‘ s vergelijkingen., Lichtgolven die op een materiaal voorkomen veroorzaken kleine oscillaties van polarisatie in de afzonderlijke atomen (of oscillatie van elektronen, in metalen), waardoor elk deeltje een kleine secundaire golf in alle richtingen uitstraalt, zoals een dipoolantenne. Al deze golven geven spiegelreflectie en breking, volgens het Huygens–Fresnel Principe.
in het geval van diëlektriciteit zoals glas, werkt het elektrische veld van het licht in op de elektronen in het materiaal, en de bewegende elektronen genereren velden en worden nieuwe radiatoren., Het gebroken licht in het glas is de combinatie van de voorwaartse straling van de elektronen en het invallende licht. Het gereflecteerde licht is de combinatie van de achterwaartse straling van alle elektronen.
in metalen worden elektronen zonder bindingsenergie vrije elektronen genoemd. Wanneer deze elektronen oscilleren met het invallende licht, is het faseverschil tussen hun stralingsveld en het invallende veld π (180°), zodat de voorwaartse straling het invallende licht annuleert, en de achterwaartse straling is slechts het gereflecteerde licht.,
licht-materie interactie in termen van fotonen is een onderwerp van de kwantumelektrodynamica, en wordt in detail beschreven door Richard Feynman in zijn populaire boek QED: The Strange Theory of Light and Matter.,
Diffuse reflectie
Algemene verspreiding mechanisme dat geeft een diffuse reflectie door een stevige ondergrond
Wanneer het licht slaat het oppervlak van een (niet-metalen) materiaal weerkaatst in alle richtingen door meerdere reflecties door de microscopisch kleine onregelmatigheden in het materiaal (bijvoorbeeld de korrelgrenzen van een polykristallijn materiaal, of de cel of glasvezel grenzen van een organisch materiaal) en door het oppervlak, als het is ruw. Er wordt dus geen ‘beeld’ gevormd., Dit wordt diffuse reflectie genoemd. De exacte vorm van de reflectie hangt af van de structuur van het materiaal. Een gemeenschappelijk model voor diffuse reflectie is Lambertiaanse reflectie, waarbij het licht wordt gereflecteerd met gelijke Luminantie (in fotometrie) of straling (in Radiometrie) in alle richtingen, zoals gedefinieerd door Lambert ‘ s cosinus wet.
het licht dat naar onze ogen wordt gestuurd door de meeste objecten die we zien is te wijten aan diffuse reflectie van hun oppervlak, zodat dit Ons primaire mechanisme van fysieke observatie is.,
Retroreflection
werkingsprincipe van een hoekreflector
sommige oppervlakken vertonen retroreflection. De structuur van deze oppervlakken is zodanig dat het licht terugkeert in de richting waar het vandaan kwam.
wanneer u over wolken vliegt die door zonlicht worden verlicht, zal het gebied rond de schaduw van het vliegtuig helderder lijken, en een vergelijkbaar effect kan worden waargenomen vanaf dauw op gras., Deze gedeeltelijke retro-reflectie wordt gecreëerd door de brekingseigenschappen van het oppervlak van de gebogen druppel en reflecterende eigenschappen aan de achterkant van de druppel.
sommige netvliezen van dieren werken als retroreflectoren (zie tapetum lucidum voor meer details), omdat dit het nachtzicht van de dieren effectief verbetert. Aangezien de lenzen van hun ogen de paden van het inkomende en uitgaande licht afwisselend wijzigen, is het effect dat de ogen fungeren als een sterke retroreflector, soms ‘ s nachts gezien bij het lopen in wildlands met een zaklamp.,
een eenvoudige retroreflector kan worden gemaakt door drie gewone spiegels loodrecht op elkaar te plaatsen (een hoekreflector). Het geproduceerde beeld is de inverse van één geproduceerd door een enkele spiegel. Een oppervlak kan gedeeltelijk retroreflecterend worden gemaakt door er een laag van kleine refractieve bollen op af te zetten of door kleine piramideachtige structuren te creëren. In beide gevallen zorgt interne reflectie ervoor dat het licht wordt gereflecteerd naar waar het vandaan komt. Dit wordt gebruikt om verkeersborden en auto-kentekenplaten te laten reflecteren licht meestal terug in de richting waar het vandaan kwam., In deze toepassing is een perfecte retroreflectie niet gewenst, omdat het licht dan in de koplampen van een tegemoetkomende auto zou worden teruggestuurd in plaats van naar de ogen van de bestuurder.
meerdere reflecties
meerdere reflecties in twee vlakke spiegels onder een hoek van 60°.
wanneer licht weerkaatst uit een spiegel, verschijnt er één afbeelding. Twee spiegels die precies tegenover elkaar geplaatst zijn, geven het uiterlijk van een oneindig aantal beelden langs een rechte lijn., De meerdere beelden die gezien worden tussen twee spiegels die in een hoek met elkaar zitten, liggen over een cirkel. Het midden van die cirkel bevindt zich op het denkbeeldige snijpunt van de spiegels. Een vierkant van vier tegenover elkaar geplaatste spiegels geeft de verschijning van een oneindig aantal beelden gerangschikt in een vlak. De veelvoudige beelden die worden gezien tussen vier spiegels die een piramide vormen, waarin elk paar spiegels een hoek met elkaar zit, liggen over een bol. Als de basis van de piramide rechthoekig is, verspreiden de beelden zich over een deel van een torus.,
merk op dat dit theoretische idealen zijn, die een perfecte uitlijning vereisen van perfect gladde, perfect vlakke perfecte reflectoren die geen van het licht absorberen. In de praktijk kunnen deze situaties alleen worden benaderd, maar niet worden bereikt omdat de effecten van eventuele onvolkomenheden in de reflectoren zich verspreiden en vergroten, de absorptie geleidelijk het beeld dooft, en alle observatieapparatuur (biologisch of technologisch) zal interfereren.,
complexe conjugaatreflectie
in dit proces (dat ook wel faseconjugatie wordt genoemd) stuitert licht precies terug in de richting waar het vandaan kwam door een niet-lineair optisch proces. Niet alleen de richting van het licht is omgekeerd, maar ook de werkelijke golfvlakken zijn omgekeerd. Een geconjugeerde reflector kan worden gebruikt om aberraties uit een bundel te verwijderen door deze te reflecteren en de reflectie vervolgens een tweede keer door de aberrerende optica te laten gaan., Als men in een complexe conjugatiespiegel zou kijken, zou deze zwart zijn omdat alleen de fotonen die de pupil achterlieten de pupil zouden bereiken.