Большая Советская энциклопедия - отражение света

явление, заключающееся в том, что при падении света (оптического излучения (См. Оптическое излучение)) из одной среды на границу её раздела со 2-й средой взаимодействие света с веществом приводит к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела «обратно» в 1-ю среду. (При этом по крайней мере 1-я среда должна быть прозрачна для падающего и отражаемого излучения.) Несамосветящиеся тела становятся видимыми вследствие О. с. от их поверхностей.

Пространственное распределение интенсивности отражённого света определяется отношением размеров неровностей поверхности (границы раздела) к длине волны λ падающего излучения. Если неровности малы по сравнению с λ, имеет место правильное, или зеркальное, О. с. Когда размеры неровностей соизмеримы с λ или превышают её (шероховатые поверхности, матовые поверхности (См. Матовая поверхность)) и расположение неровностей беспорядочно, О. с. диффузно. Возможно также смешанное О. с., при котором часть падающего излучения отражается зеркально, а часть — диффузно. Если же неровности с размерами Отражение света λ и более расположены закономерно (регулярно), распределение отражённого света имеет особый характер, близкий к наблюдаемому при О. с. от дифракционной решётки (См. Дифракционная решётка). О. с. тесно связано с явлениями преломления света (См. Преломление света) (при полной или неполной прозрачности отражающей среды) и поглощения света (См. Поглощение света) (при её неполной прозрачности или непрозрачности).

Зеркальное О. с. отличает определённая связь положений падающего и отражённого лучей: 1) отражённый луч лежит в плоскости, проходящей через падающий луч и нормаль к отражающей поверхности; 2) угол отражения равен углу падения φ. Интенсивность отражённого света (характеризуемая Отражения коэффициентом) зависит от φ и поляризации падающего пучка лучей (см. Поляризация света), а также от соотношения преломления показателей (См. Преломления показатель) n2 и n1 2-й и 1-й сред. Количественно эту зависимость (для отражающей среды — диэлектрика (См. Диэлектрики)) выражают Френеля формулы. Из них, в частности, следует, что при падении света по нормали к поверхности коэффициент отражения не зависит от поляризации падающего пучка и равен (n2 — n1)²/(n2 + n1)²; в очень важном частном случае нормального падения из воздуха или стекла на границу их раздела (nвозд ≈ 1,0; ncт = 1,5) он составляет ≈ 4%.

Характер поляризации отражённого света меняется с изменением φ и различен для компонент падающего света, поляризованных параллельно (р-компонента) и перпендикулярно (s-компонента) плоскости падения. Под плоскостью поляризации (См. Плоскость поляризации) при этом понимается, как обычно, плоскость колебаний электрического вектора световой волны. При углах φ, равных так называемому углу Брюстера (см. Брюстера закон), отражённый свет становится полностью поляризованным перпендикулярно плоскости падения (р-составляющая падающего света полностью преломляется в отражающую среду; если эта среда сильно поглощает свет, то преломленная р-составляющая проходит в среде очень малый путь). Эту особенность зеркального О. с. используют в ряде поляризационных приборов (См. Поляризационные приборы). При φ, бо́льших угла Брюстера, коэффициент отражения от диэлектриков растет с увеличением φ, стремясь в пределе к 1, независимо от поляризации падающего света. При зеркальном О. с., как явствует из формул Френеля, Фаза отражённого света в общем случае скачкообразно изменяется. Если φ = 0 (свет падает нормально к границе раздела), то при n2 > n1 фаза отражённой волны сдвигается на π, при n2 < n1 — остаётся неизменной. Сдвиг фазы при О. с. в случае φ ≠ 0 может быть различен для р- и s-составляющих падающего света в зависимости от того, больше или меньше φ угла Брюстера, а также от соотношения n2 и n1. О. с. от поверхности оптически менее плотной среды (n2 < n1) при sin φ ≥ n2 / n1 является полным внутренним отражением (См. Полное внутреннее отражение), при котором вся энергия падающего пучка лучей возвращается в 1-ю среду. Зеркальное О. с. от поверхностей сильно отражающих сред (например, металлов) описывается формулами, подобными формулам Френеля, с тем (правда, весьма существенным) изменением, что n2 становится комплексной величиной, мнимая часть которой характеризует поглощение падающего света. Поглощение в отражающей среде приводит к отсутствию угла Брюстера и более высоким (в сравнении с диэлектриками) значениям коэффициента отражения — даже при нормальном падении он может превышать 90% (именно этим объясняется широкое применение гладких металлических и металлизированных поверхностей в зеркалах (См. Зеркало)).

Отличаются и поляризационные характеристики отражённых от поглощающей среды световых волн (вследствие иных сдвигов фаз р- и s-составляющих падающих волн). Характер поляризации отражённого света настолько чувствителен к параметрам отражающей среды, что на этом явлении основаны многочисленные оптические методы исследования металлов (см. Магнитооптика, Металлооптика).

Диффузное О. с. — его рассеивание неровной поверхностью 2-й среды по всем возможным направлениям. Пространственное распределение отражённого потока излучения (См. Поток излучения) и его интенсивность различны в разных конкретных случаях и определяются соотношением между λ и размерами неровностей, распределением неровностей по поверхности, условиями освещения, свойствами отражающей среды. Предельный, строго не выполняющийся в природе случай пространственного распределения диффузно отражённого света описывается Ламберта законом. Диффузное О. с. наблюдается также от сред, внутренняя структура которых неоднородна, что приводит к рассеянию света (См. Рассеяние света) в объёме среды и возвращению части его в 1-ю среду. Закономерности диффузного О. с. от таких сред определяются характером процессов однократного и многократного рассеяния света в них. И поглощение, и рассеяние света могут обнаруживать сильную зависимость от λ. Результатом этого является изменение спектрального состава диффузно отражённого света, что (при освещении белым светом (См. Белый свет)) визуально воспринимается как окраска тел.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ.,2 изд., М., 1973; Дитчбёрн Р., Физическая оптика, пер. с англ., М., 1965; Миннарт М., Свет и цвет в природе, пер. с англ., М., 1958; Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, М., 1957; Толанский С., Удивительные свойства света, пер. с англ., М., 1969.

Н. А. Войшвилло.

Рис. 1. Зеркальное отражение света: N — нормаль к отражающей поверхности (границе раздела); φ — угол между падающим лучом и нормалью (угол падения); ψ — угол между отражённым лучом и нормалью (угол отражения); φ = ψ. Ep, Rp, Es и Rs — компоненты амплитуд электрич. вектора падающей и отражённой волн с колебаниями, соответственно лежащими в плоскости падения и перпендикулярными к ней. Стрелками показаны выбранные положительные направления амплитуд колебаний.

Рис. 2. Зависимость от угла падения φ коэффициентов отражения rp и rs; составляющих падающей волны, поляризованных, соответственно, параллельно и перпендикулярно плоскости падения. Кривые 1 относятся к случаю n2/n1 = 1,52, кривые 2 — к случаю n2/n1 = 9. Верхняя шкала φ относится к случаю n2/n1 = 1/1,52.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

1969—1978