鏡面漫反射

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簡介

反射可以被理解為一種現象，其中光在遇到障礙物表面後會反彈回來。本教程將基於這一物理概念討論反射定律。此外，教程還將解釋鏡面反射和漫反射。

什麼是鏡面反射？

圖1：鏡面反射

反射光的角度被認為與從特定光源投射到光滑表面上的入射光線的角度相同。在物理學術語中，這種現象通常被稱為鏡面反射 (Minin 等人，2020)。這種現象的發生取決於兩個主要因素：光束投射的表面需要光滑，反射光線將以與入射光線相同的角度擴散。

漫反射的定義

圖2：漫反射

在物理學中，不規則反射通常被稱為漫反射，它通常發生在表面不光滑，而是足夠粗糙以散射反射光束的表面上。在這種情況下，已經觀察到入射角和反射光束並不相等 (Chu 等人，2021)。為了計算漫反射的值，可以使用數學公式表示，即 f(R∞)∝(1−R∞)2/R∞。

反射定律

為了以特定且可預測的方式理解光的行為，基於這一概念，反射定律通常指出，如果一束光線從平面鏡上反射，則可以在光的行為中觀察到可預測的模式 (Rp-photonics，2022)。反射定律的解釋如下：

已經觀察到，反射光線與入射光線角度相等。這裡必須滿足的核心條件是反射面需要光滑。

反射的第二定律定義了，在與入射光線接觸點處，反射光線始終位於入射光線和平面法線所確定的平面上。

漫反射和鏡面反射的區別

圖3：漫反射和鏡面反射的區別

反射的這兩個主要方面有兩個主要區別。這兩個反射分類之間的區別如下：

• 在解釋鏡面反射之前，已經指出，這種現象的發生需要光滑的表面，而對於漫反射，表面相當粗糙。因此，可以認為主要區別在於用於反射的表面型別，這決定了人們將獲得哪種反射 (Researchgate，2022)。

• 另一個區別是，在鏡面反射的情況下，入射光線的角度等於反射光束的角度。另一方面，反射光束形成的角度不等於入射光線角度。

鏡面反射和漫反射：示例

鏡面反射最常見的例子是在鏡子中觀察到的反射型別。靜止的水面也充當見證這種反射的合適表面 (Olympus-lifescience，2022)。相反，漫反射可以在微觀水平上看到。此外，如果一陣風在水面造成擾動，水將導致漫反射的發生。

鏡面反射和漫反射：應用

漫反射的應用通常在透射測量中觀察到，因為它有助於消除壓制壓片的費時過程。它還用於透過將附件配置為具有熱或冷室來研究催化劑和溫度的影響。相反，鏡面反射用於在汽車的後視鏡中獲得迎面而來的汽車的視野。

結論

本教程重點介紹了鏡面反射和漫反射的定義以及這兩類光反射過程之間的差異。已經觀察到，這些方面所具有的核心差異在於，在漫反射的情況下，由於反射面粗糙，反射光束會向不同方向散射。相反，當反射面為平面時，鏡面反射的反射光束會產生特定的角度偏轉，該偏轉指向任何一個方向。

常見問題

Q1. 反射取決於哪些因素？

根據物理定律，反射通常取決於波浪撞擊以產生反射的表面的質量。入射面負責反射角的變化。

Q2. 鏡面反射的數學方程式是什麼？

為了計算鏡面反射的觀察方向，需要遵循具有數學表示形式的公式，即 Specular≈V.R。在此公式中，字母 V 代表觀察方向，字母 r 被認為等於 2(N⋅L) N−L。

Q3. 正反射和漫反射有什麼區別？

正反射和漫反射之間共享的主要區別在於，正反射主要在平面表面上觀察到，而漫反射的發生在粗糙表面上觀察到。

Q4. 什麼導致漫反射？

漫反射負責透過散射光線向所有方向反射，因為在反射器的表面水平上可以看到少量的不完美。

參考文獻

期刊

Chu，H.，Xiong，X.，Gao，Y. J.，Luo，J.，Jing，H.，Li，C. Y.，... & Lai，Y. (2021)。透過隨機翻轉超表面實現漫反射和互易保護傳輸。科學進展，7(37)，eabj0935。檢索自：https://www.science.org

Minin，I. V.，Geints，Y. E.，Zemlyanov，A. A. & Minin，O. V. (2020)。鏡面反射光子奈米射流：物理基礎和光學捕獲應用。光學快報，28(15)，22690-22704。檢索自：https://opg.optica.org

網站

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

Researchgate，(2022)。偏振照明下的漫反射與鏡面反射-a-In-漫反射。檢索自：https://www.researchgate.net [檢索於 2022 年 6 月 17 日]

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