odbicie światła jest zwierciadlane (lustrzane) lub rozproszone (zachowujące energię, ale tracące obraz) w zależności od charakteru interfejsu. W odbiciu zwierciadlanym Faza fal odbitych zależy od wyboru pochodzenia współrzędnych, ale względna Faza między polaryzacjami s I p (TE i TM) jest ustalona przez właściwości mediów i interfejsu między nimi.,
lustro stanowi najczęstszy model odbicia światła zwierciadlanego i zazwyczaj składa się z tafli szkła z metaliczną powłoką, w której występuje znaczące odbicie. Odbicie jest wzmocnione w metalach przez tłumienie propagacji fal poza ich głębokością skóry. Odbicie występuje również na powierzchni przezroczystych mediów, takich jak woda lub szkło.
na diagramie promień świetlny PO uderza w lustro pionowe w punkcie O, a odbitym promieniem jest OQ., Rzutując wyimaginowaną linię przez punkt O prostopadły do lustra, znany jako normalny, możemy zmierzyć kąt padania, θi i kąt odbicia, θr. Prawo odbicia stwierdza, że θi = θr, czyli inaczej mówiąc, kąt padania jest równy kątowi odbicia.
w rzeczywistości odbicie światła może wystąpić, gdy światło przemieszcza się z ośrodka o danym współczynniku załamania światła do ośrodka o innym współczynniku załamania światła. W najbardziej ogólnym przypadku pewna część światła jest odbijana od interfejsu, a pozostała część jest załamywana., Rozwiązanie równań Maxwella dla promienia światła uderzającego w granicę pozwala na wyprowadzenie równań Fresnela, które można wykorzystać do przewidywania, ile światła jest odbite, a ile załamane w danej sytuacji. Jest to analogiczne do sposobu, w jaki niedopasowanie impedancji w obwodzie elektrycznym powoduje odbicie sygnałów. Całkowite wewnętrzne odbicie światła od gęstszego medium występuje, jeśli kąt padania jest większy niż kąt krytyczny.
całkowite odbicie wewnętrzne jest używane jako środek ogniskowania fal, które nie mogą być skutecznie odbijane za pomocą zwykłych środków., Teleskopy rentgenowskie są konstruowane poprzez stworzenie zbieżnego „tunelu” dla fal. Gdy fale oddziałują pod niskim kątem z powierzchnią tunelu, są one odbijane w kierunku punktu skupienia (lub w kierunku innej interakcji z powierzchnią tunelu, ostatecznie kierowane do detektora w punkcie skupienia). Konwencjonalny reflektor byłby bezużyteczny, ponieważ promienie rentgenowskie po prostu przechodzą przez zamierzony reflektor.
gdy światło odbija się od materiału o wyższym współczynniku załamania niż medium, w którym się porusza, przechodzi on przesunięcie fazowe o 180°., W przeciwieństwie do tego, gdy światło odbija się od materiału o niższym współczynniku załamania światła, odbite światło znajduje się w fazie ze światłem padającym. Jest to ważna zasada w dziedzinie optyki cienkowarstwowej.
odbicie zwierciadlane tworzy obrazy. Odbicie od płaskiej powierzchni tworzy lustrzane odbicie, które wydaje się być odwrócone od lewej do prawej, ponieważ porównujemy obraz, który widzimy, do tego, co widzimy, gdybyśmy zostali obróceni do pozycji obrazu. Odbicie zwierciadlane na zakrzywionej powierzchni tworzy obraz, który może być powiększony lub rozmagnifikowany; zakrzywione lustra mają moc optyczną., Takie lustra mogą mieć powierzchnie kuliste lub paraboliczne.
załamanie światła na styku dwóch mediów.
prawa odbicia
Jeśli powierzchnia odbicia jest bardzo gładka, odbicie światła, które się pojawia, nazywa się zwierciadlane lub regularne odbicie., Prawa odbicia są następujące:
- promień padający, promień odbity i normalny do powierzchni odbicia w punkcie padania leżą w tej samej płaszczyźnie.
- kąt, który promień padający tworzy z normalną jest równy kątowi, który promień odbity tworzy z tą samą normalną.
- promień odbity i promień incydentalny znajdują się po przeciwnych stronach normy.
wszystkie te trzy prawa można wyprowadzić z równań Fresnela.,
Mechanizm
symulacja 2D: odbicie cząstki kwantowej. Białe rozmycie reprezentuje rozkład prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w danym miejscu, jeśli jest mierzony.
w klasycznej elektrodynamice światło jest uważane za falę elektromagnetyczną, która jest opisana równaniami Maxwella., Fale świetlne padające na materiał wywołują małe oscylacje polaryzacji w poszczególnych atomach (lub oscylacje elektronów w metalach), powodując, że każda cząstka wypromieniowuje małą falę wtórną we wszystkich kierunkach, jak antena dipolowa. Wszystkie te fale sumują się w celu uzyskania odbicia i załamania, zgodnie z zasadą Huygensa–Fresnela.
w przypadku dielektryków, takich jak szkło, pole elektryczne światła działa na elektrony w materiale, a poruszające się elektrony generują pola i stają się nowymi radiatorami., Załamane światło w szkle jest kombinacją przedniego promieniowania elektronów i padającego światła. Odbite światło jest kombinacją wstecznego promieniowania wszystkich elektronów.
w metalach elektrony bez energii wiązania nazywane są elektronami wolnymi. Kiedy te elektrony oscylują z padającym światłem, różnica fazowa między ich polem promieniowania a padającym polem wynosi π (180°), więc promieniowanie do przodu anuluje padające światło, a promieniowanie do tyłu jest tylko światłem odbitym.,
interakcja światło–Materia pod względem fotonów jest tematem elektrodynamiki kwantowej i jest szczegółowo opisana przez Richarda Feynmana w jego popularnej książce QED: The Strange Theory of Light and Matter.,
odbicie rozproszone
gdy światło uderza w powierzchnię materiału (niemetalicznego), odbija się we wszystkich kierunkach z powodu wielokrotnych odbić przez powierzchnię materiału.mikroskopijne nieprawidłowości wewnątrz materiału (np. granice ziaren materiału polikrystalicznego lub granice komórek lub włókien materiału organicznego) i jego powierzchni, jeśli jest szorstki. Tak więc „obraz” nie jest formowany., Nazywa się to odbiciem rozproszonym. Dokładna forma odbicia zależy od struktury materiału. Jednym z powszechnych modeli odbicia rozproszonego jest odbicie Lambertańskie, w którym światło jest odbijane z równą luminancją (w fotometrii) lub promieniowaniem (w Radiometrii) we wszystkich kierunkach, zgodnie z prawem cosinusa Lamberta.
światło wysyłane do naszych oczu przez większość obiektów, które widzimy, wynika z rozproszonego odbicia od ich powierzchni, więc jest to nasz podstawowy mechanizm fizycznej obserwacji.,
Retroreflection
niektóre powierzchnie wykazują retroreflection. Struktura tych powierzchni jest taka, że światło jest zwracane w kierunku, z którego przyszło.
podczas lotu nad chmurami oświetlonymi światłem słonecznym obszar widziany wokół cienia samolotu będzie jaśniejszy, a podobny efekt można zaobserwować z rosy na trawie., To częściowe odbicie jest tworzone przez właściwości refrakcyjne zakrzywionej powierzchni kropli i właściwości odblaskowe z tyłu kropli.
niektóre siatkówki zwierząt pełnią funkcję retroreflektorów (więcej szczegółów w tapetum lucidum), ponieważ skutecznie poprawia to widzenie w nocy zwierząt. Ponieważ soczewki ich oczu modyfikują wzajemnie ścieżki światła przychodzącego i wychodzącego, efekt jest taki, że oczy działają jak silny retroreflector, czasami widziany w nocy podczas chodzenia po dzikich terenach z latarką.,
prosty retroreflektor można wykonać, umieszczając trzy zwykłe lustra wzajemnie prostopadłe do siebie (Odbłyśnik narożny). Obraz wytwarzany jest odwrotnością obrazu wytwarzanego przez pojedyncze lustro. Powierzchnia może być częściowo retrorefleksyjna przez osadzenie na niej warstwy drobnych kulek refrakcyjnych lub przez tworzenie małych struktur przypominających piramidy. W obu przypadkach wewnętrzne odbicie powoduje odbicie światła z powrotem do miejsca jego powstania. Jest to używane do znaków drogowych i tablic rejestracyjnych samochodów odbijają światło głównie z powrotem w kierunku, z którego przyszedł., W tej aplikacji doskonały retroreflection nie jest pożądane, ponieważ światło byłoby następnie skierowane z powrotem do reflektorów nadjeżdżającego samochodu, a nie do oczu kierowcy.
wielokrotne odbicia
wielokrotne odbicia w dwóch płaszczyznach luster pod kątem 60°.
gdy światło odbija się od lustra, pojawia się jedno zdjęcie. Dwa lustra umieszczone dokładnie twarzą w twarz dają wygląd nieskończonej liczby obrazów wzdłuż linii prostej., Wiele obrazów widzianych między dwoma lustrami, które leżą pod kątem względem siebie, leży na okręgu. Środek tego okręgu znajduje się na wyimaginowanym przecięciu luster. Kwadrat czterech luster ustawionych twarzą w twarz daje wygląd nieskończonej liczby obrazów ułożonych w płaszczyźnie. Wiele obrazów widzianych między czterema lustrami składającymi się na piramidę, w której każda para luster jest ustawiona względem siebie pod kątem, leży nad kulą. Jeśli podstawa piramidy ma kształt prostokąta, obrazy rozłożone są na odcinku torusa.,
zauważ, że są to ideały teoretyczne, wymagające idealnego wyrównania idealnie gładkich, idealnie płaskich idealnych reflektorów, które nie pochłaniają żadnego światła. W praktyce do takich sytuacji można podejść, ale nie osiągnąć, ponieważ efekty wszelkich niedoskonałości powierzchni w reflektorach propagują się i powiększają, absorpcja stopniowo wygasa obraz, a jakikolwiek sprzęt obserwacyjny (biologiczny lub technologiczny) będzie zakłócał.,
złożone odbicie koniugacyjne
w tym procesie (znanym również jako koniugacja fazowa) światło odbija się dokładnie w kierunku, z którego przyszło dzięki nieliniowemu procesowi optycznemu. Nie tylko kierunek światła jest odwrócony, ale również rzeczywiste czopy falowe są odwrócone. Sprzężony Odbłyśnik może być używany do usuwania aberracji z wiązki poprzez odbijanie jej, a następnie przepuszczanie odbicia przez optykę aberracyjną po raz drugi., Gdyby spojrzeć w złożone zwierciadło koniugacyjne, byłoby czarne, ponieważ tylko fotony, które opuściły źrenicę, docierałyby do źrenicy.