ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА

ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА, явление, заключающееся в том, что при падении света (оптического излучения) 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.

Пространств. распределение интенсивности отражённого света определяется отношением размеров неровностей поверхности (границы раздела) к длине волны L падающего излучения. Если неровности малы по сравнению с L, имеет место правильное, или зеркальное, О. с. Когда размеры неровностей соизмеримы с L или превышают её (шероховатые поверхности, матовые поверхности) и расположение неровностей беспорядочно, О. с. д и ф ф у з н о. Возможно также смешанное О. с., при к-ром часть падающего излучения отражается зеркально, а часть - диффузно. Если же неровности с размерами ~ L и более расположены закономерно (регулярно), распределение отражённого света имеет особый характер, близкий к наблюдаемому при О. с. от дифракционной решётки. О. с. тесно связано с явлениями преломления света (при полной или неполной прозрачности отражающей среды) и поглощения 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 U равен углу падения Y  (рис. 1). Интенсивность отражённого света (характеризуемая отражения коэффициентом) зависит от Y и поляризации падающего пучка лучей (см. Поляризация света), а также от соотношения преломления показателей п₂ и n₁2-й и 1-й сред. Количественно эту отражение света: N - нормаль к отражающей поверхности (границе раздела); Y- угол между падающим лучом и нормалью (угол падения); U - угол между отражённым лучом и нормалью (угол отражения); Y = U Ер, 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.Зависимость (для отражающей среды - диэлектрика) выражают Френеля формулы. Из них, в частности, следует, что при падении света по нормали к поверхности коэфф. отражения не зависит от поляризации падающего пучка и равен (n₂ - п₁)²/(п₂ + n₁)²; в очень важном частном случае нормального падения из воздуха или стекла на границу их раздела (n_возд~1,0; n_ст = 1,5) он составляет ~ 4% .

Рис. 1. Зеркальное

Характер поляризации отражённого света меняется с изменением Y и различен для компонент падающего света, поляризованных параллельно (р-компонента) и перпендикулярно (s-компонента) плоскости падения (рис. 2). Под плоскостью поляризации при этом понимается, как обычно, плоскость колебаний электрич. вектора световой волны. При углах, равных т. н. 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 преломлённая р-составляющая проходит в среде очень малый путь). Эту особенность зеркального О. с. используют в ряде поляризационных приборов. При Y, больших угла Брюстера, коэфф. отражения от диэлектриков растёт с увеличением Y, 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 Y = 0 (свет падает нормально к границе раздела), то при n₂>n₁ фаза отражённой волны сдвигается на П, при n₂< n₁ - остаётся неизменной. Сдвиг фазы при О. с. в случае Y не равно 0 может быть различен для р- и s-составляю-щих падающего света в зависимости от того, больше или меньше Y угла Брюстера, а также от соотношения п₂и n₁. О. с. от поверхности оптически менее плотной среды (n₂<n₁) при sinY>=n₂/n₁ является полным внутренним отражением, при к-ром вся энергия падающего пучка лучей возвращается в 1-ю среду. Зеркальное О. с. от поверхностей сильно отражающих сред (напр., металлов) описывается формулами, подобными формулам Френеля, с тем (правда, весьма существенным) изменением, что п₂становится 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 коэфф. отражения - даже при нормальном падении он может превышать 90% (именно этим объясняется широкое применение гладких металлич. и металлизированных поверхностей в зеркалах).

Рис. 2. Зависимость от угла падения Y коэффициентов отражения r_р и r_s составляющих падающей волны, поляризованных, соответственно, параллельно и перпендикулярно плоскости падения. Кривые / относятся к случаю n₂/n₁=1,52, кривые 2 - к случаю n₂/n₁ = 9. Верхняя шкала Y относится к случаю n₂/n₁=1/1,52.

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

Диффузное О. с. - его рассеивание неровной поверхностью 2-й среды по всем возможным направлениям. Пространств. распределение отражённого потока излучения к его интенсивность различны в разных конкретных случаях и определяются соотношением между L и размерами неровностей, распределением неровностей по поверхности, условиями освещения, свойствами отражающей среды. Предельный, строго не выполняющийся в природе случай пространств. распределения диффузно отражённого света описывается Ламберта законом. Диффузное О. с. наблюдается также от сред, внутренняя структура к-рых неоднородна, что приводит к рассеянию 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 L. Результатом этого является изменение спектрального состава диффузно отражённого света, что (при освещении белым светом) визуально воспринимается как окраска тел.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Б о р н 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.