Отражение

Кривые спектрального отражения металлических зеркал из алюминия (Al), серебра (Ag) и золота (Au) при нормальном падении.

Коэффициент отражения поверхности материала – это его эффективность в отражении лучистой энергии . Это доля падающей электромагнитной мощности, которая отражается от границы. Отражение является компонентом реакции электронной структуры материала на электромагнитное поле света и, как правило, является функцией частоты или длины волны света, его поляризации и угла падения . Зависимость коэффициента отражения от длины волны называется спектром отражения или спектральной кривой отражения .

Математические определения

Полусферическая отражательная способность

Полусферический коэффициент отражения поверхности, обозначаемый $R$ , определяется как ^[1]

{\ displaystyle R = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {e} } ^ {\ mathrm {r} } {\ Phi _ {\ mathrm {e} } ^ {\ mathrm {i} }}}, }

Φ e r

лучистый поток, отраженный

Φ e i

принимаемый

Спектральная полусферическая отражательная способность

Спектральная полусферическая отражательная способность по частоте и спектральная полусферическая отражательная способность по длине волны поверхности, обозначаемые $R ν$ и $R λ$ соответственно, определяются как ^[1]

{\ displaystyle R_ {\ nu } = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {e}, \ nu } ^ {\ mathrm {r} } {\ Phi _ {\ mathrm {e}, \ nu } ^ {\ mathrm {i} }}},}

R_{\lambda }={\frac {\Phi _{\mathrm {e},\lambda }^{\mathrm {r}}}{\Phi _{\mathrm {e},\lambda }^ {\ mathrm {i} }}},

$Φ e, ν r$ — спектральный поток излучения на частоте, отраженный этой поверхностью;
$Φ e, ν i$ — спектральный поток излучения по частоте, принимаемый этой поверхностью;
$Φ e, λ r$ – спектральный поток излучения в длине волны , отраженный этой поверхностью;
$Φ e, λ i$ — спектральный поток излучения с длиной волны, принимаемый этой поверхностью.

Направленное отражение

Направленная отражательная способность поверхности, обозначаемая R _Ω , определяется как ^[1]

R_{\Omega }={\frac {L_{\mathrm {e},\Omega }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e},\Omega }^{\mathrm { я} }}},

$L e,Ω r$ — яркость , отраженная этой поверхностью;
$L e, Ω i$ — излучение, воспринимаемое этой поверхностью.

Это зависит как от направления отражения, так и от направления поступления. Другими словами, он имеет значение для каждой комбинации входящих и исходящих направлений. Это связано с функцией распределения двунаправленной отражательной способности , и ее верхний предел равен 1. Другой мерой отражательной способности, зависящей только от исходящего направления, является I / F , где I - яркость, отраженная в данном направлении, а F - усредненная входящая яркость. по всем направлениям, другими словами, общий поток излучения, попадающего на поверхность на единицу площади, деленный на π. ^[2] Это значение может быть больше 1 для глянцевой поверхности, освещенной таким источником, как солнце, при этом коэффициент отражения измеряется в направлении максимального излучения (см. также Эффект Зеелигера ).

Спектральное направленное отражение

Спектральный коэффициент направленного отражения по частоте и спектральный направленный коэффициент отражения по длине волны поверхности, обозначаемые $R Ω, ν$ и $R Ω, λ$ соответственно, определяются как ^[1]

R_{\Omega,\nu }={\frac {L_{\mathrm {e},\Omega,\nu }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e},\Omega ,\nu }^{\mathrm {i} }}},

R_{\Omega,\lambda }={\frac {L_{\mathrm {e},\Omega,\lambda }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e},\Omega ,\лямбда }^{\mathrm {i} }}},

$L e,Ω, ν r$ — спектральная яркость на частоте, отраженная этой поверхностью;
$L e,Ω, ν i$ — спектральная яркость, воспринимаемая этой поверхностью;
$L e, Ω, λ r$ — спектральная яркость на длине волны, отраженная этой поверхностью;
$L e, Ω, λ i$ — спектральная яркость на длине волны, принимаемая этой поверхностью.

Опять же, можно также определить значение $I / F$ (см. выше) для данной длины волны. ^[3]

Отражательная способность

Для однородных и полубесконечных (см. полупространство ) материалов отражательная способность такая же, как и отражательная способность. Отражательная способность — это квадрат величины коэффициента отражения Френеля , ^[4] который представляет собой отношение отраженного к падающему электрическому полю ; ^[5] как таковой коэффициент отражения может быть выражен как комплексное число , определенное уравнениями Френеля для одного слоя, тогда как коэффициент отражения всегда является положительным действительным числом .

^{Для слоистых и}^{ограниченных} сред, согласно CIE , отражательная способность отличается от отражательной способности ^тем , что отражательная способность — это значение, применимое к толстым отражающим объектам. ^[6] Когда отражение происходит от тонких слоев материала, эффекты внутреннего отражения могут привести к изменению коэффициента отражения в зависимости от толщины поверхности. Отражательная способность — это предельное значение отражательной способности при увеличении толщины образца; это собственный коэффициент отражения поверхности, следовательно, он не зависит от других параметров, таких как коэффициент отражения задней поверхности. Другой способ интерпретировать это состоит в том, что отражательная способность — это доля электромагнитной энергии, отраженная от конкретного образца, а отражательная способность — это свойство самого материала, которое можно было бы измерить на идеальном устройстве, если бы материал занимал половину всего пространства. ^[7]

Тип поверхности

Учитывая, что отражательная способность является свойством направленности, большинство поверхностей можно разделить на те, которые дают зеркальное отражение , и те, которые дают диффузное отражение .

Для зеркальных поверхностей, таких как стекло или полированный металл, коэффициент отражения почти равен нулю под всеми углами, кроме соответствующего угла отражения; это тот же угол по отношению к нормали к поверхности в плоскости падения , но на противоположной стороне. Когда излучение падает перпендикулярно поверхности, оно отражается обратно в том же направлении.

Для диффузных поверхностей, таких как матовая белая краска, коэффициент отражения является равномерным; Излучение отражается во всех углах одинаково или почти одинаково. Такие поверхности называются ламбертовыми .

Большинство практических объектов обладают сочетанием диффузных и зеркальных отражающих свойств.