镜面漫反射

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简介

反射可以被理解为一种现象，其中光在遇到障碍物表面后会反弹回来。本教程将基于这一物理概念讨论反射定律。此外，教程还将解释镜面反射和漫反射。

什么是镜面反射？

图1：镜面反射

反射光的角度被认为与从特定光源投射到光滑表面上的入射光线的角度相同。在物理学术语中，这种现象通常被称为镜面反射 (Minin 等人，2020)。这种现象的发生取决于两个主要因素：光束投射的表面需要光滑，反射光线将以与入射光线相同的角度扩散。

漫反射的定义

图2：漫反射

在物理学中，不规则反射通常被称为漫反射，它通常发生在表面不光滑，而是足够粗糙以散射反射光束的表面上。在这种情况下，已经观察到入射角和反射光束并不相等 (Chu 等人，2021)。为了计算漫反射的值，可以使用数学公式表示，即 f(R∞)∝(1−R∞)2/R∞。

反射定律

为了以特定且可预测的方式理解光的行为，基于这一概念，反射定律通常指出，如果一束光线从平面镜上反射，则可以在光的行为中观察到可预测的模式 (Rp-photonics，2022)。反射定律的解释如下：

已经观察到，反射光线与入射光线角度相等。这里必须满足的核心条件是反射面需要光滑。

反射的第二定律定义了，在与入射光线接触点处，反射光线始终位于入射光线和平面法线所确定的平面上。

漫反射和镜面反射的区别

图3：漫反射和镜面反射的区别

反射的这两个主要方面有两个主要区别。这两个反射分类之间的区别如下：

• 在解释镜面反射之前，已经指出，这种现象的发生需要光滑的表面，而对于漫反射，表面相当粗糙。因此，可以认为主要区别在于用于反射的表面类型，这决定了人们将获得哪种反射 (Researchgate，2022)。

• 另一个区别是，在镜面反射的情况下，入射光线的角度等于反射光束的角度。另一方面，反射光束形成的角度不等于入射光线角度。

镜面反射和漫反射：示例

镜面反射最常见的例子是在镜子中观察到的反射类型。静止的水面也充当见证这种反射的合适表面 (Olympus-lifescience，2022)。相反，漫反射可以在微观水平上看到。此外，如果一阵风在水面造成扰动，水将导致漫反射的发生。

镜面反射和漫反射：应用

漫反射的应用通常在透射测量中观察到，因为它有助于消除压制压片的费时过程。它还用于通过将附件配置为具有热或冷室来研究催化剂和温度的影响。相反，镜面反射用于在汽车的后视镜中获得迎面而来的汽车的视野。

结论

本教程重点介绍了镜面反射和漫反射的定义以及这两类光反射过程之间的差异。已经观察到，这些方面所具有的核心差异在于，在漫反射的情况下，由于反射面粗糙，反射光束会向不同方向散射。相反，当反射面为平面时，镜面反射的反射光束会产生特定的角度偏转，该偏转指向任何一个方向。

常见问题

Q1. 反射取决于哪些因素？

根据物理定律，反射通常取决于波浪撞击以产生反射的表面的质量。入射面负责反射角的变化。

Q2. 镜面反射的数学方程式是什么？

为了计算镜面反射的观察方向，需要遵循具有数学表示形式的公式，即 Specular≈V.R。在此公式中，字母 V 代表观察方向，字母 r 被认为等于 2(N⋅L) N−L。

Q3. 正反射和漫反射有什么区别？

正反射和漫反射之间共享的主要区别在于，正反射主要在平面表面上观察到，而漫反射的发生在粗糙表面上观察到。

Q4. 什么导致漫反射？

漫反射负责通过散射光线向所有方向反射，因为在反射器的表面水平上可以看到少量的不完美。

参考文献

期刊

Chu，H.，Xiong，X.，Gao，Y. J.，Luo，J.，Jing，H.，Li，C. Y.，... & Lai，Y. (2021)。通过随机翻转超表面实现漫反射和互易保护传输。科学进展，7(37)，eabj0935。检索自：https://www.science.org

Minin，I. V.，Geints，Y. E.，Zemlyanov，A. A. & Minin，O. V. (2020)。镜面反射光子纳米射流：物理基础和光学捕获应用。光学快报，28(15)，22690-22704。检索自：https://opg.optica.org

网站

Olympus-lifescience，(2022)。镜面反射和漫反射。检索自：https://www.olympus-lifescience.com [检索于 2022 年 6 月 17 日]

Researchgate，(2022)。偏振照明下的漫反射与镜面反射-a-In-漫反射。检索自：https://www.researchgate.net [检索于 2022 年 6 月 17 日]

Rp-photonics，(2022)。镜面反射。检索自：https://www.rp-photonics.com [检索于 2022 年 6 月 17 日]