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{{NoteTA|G1=物理学}}
[[File:Bank of Keelung River in Neihu.jpg|thumb|right|250px|透過[[基隆河]]面反射的城市]]
[[File:Mount Hood reflected in Mirror Lake, Oregon.jpg|thumb|250px|[[胡德山]]在镜湖中的倒影]]

'''反射'''（{{lang-en|reflection}}）是一種物理現象，指[[波阵面]]從一個[[介質]]進入另一個介質時，部分或全部的波在两介质界面处，传播方向发生改变且返回原介质的现象。常见的例子包括[[光]]、[[声波]]和[[波涛|水波]]的反射。

在[[光学]]方面，无论是[[漫反射]]还是[[鏡面反射]]都遵从光的反射定律，即在反射现象中，反射光线，入射光线，法线在同一平面内，反射角等于入射角，反射光线与入射光线分居法线两侧。平面镜成像就是光的反射造成的。

在[[声学]]方面，反射会引起[[回声]]，这在[[声纳]]上得到很好应用。在地质学方面，研究[[地震波]]时，反射是十分重要的部分，通过对次声波的检测以研究地震与海啸。反射可以在水体的[[面波]]上被观察到，也可以在包括[[可见光]]和[[红外光]]在内的多种[[电磁辐射|电磁波]]上被观测到。[[甚高频]]以及更高频的波的反射对于[[无线电]]传输和[[雷达]]十分重要。甚至[[X射线|硬X射线]]和[[伽马射线]]在角度较浅时，也可以被“擦边”镜反射<ref name="manuel">{{cite book|last=Majou|first=Jérôme |title=Super manuel de physique, tout le semestre 1 de prépa|publisher=Bréal|year=2017
|ISBN=978-2749536767}}</ref>。

== 光的反射 ==
光的反射可以是[[镜面反射]]（如同镜子）或[[漫反射]]（保留了[[能量]]，但丢失了像，但仍遵从反射定律），取决于界面性质。

一面镜子就可以提供光的镜面反射的最常见模型，镜子往往由一块有着金属涂层的薄玻璃板组成，而这金属涂层才是反射实际发生的地方。反射在金属中会增强，因为金属对于超出它们[[集肤效应|集肤深度]]的波能起到抑制传播的作用。反射同样能在透明介质的界面上发生，例如水和玻璃。

[[Image:Reflection angles.svg|frame|left|upright|镜面反射示意图]]
在示意图中，一束光线<math>PO</math>在点<math>O</math>处射到了一面竖直镜子上，反射光线是<math>OQ</math>。在点<math>O</math>处作出一条假想的与镜面垂直的直线，叫做''法线''(''normal'')。有了法线，我们可以测量出''入射角'' <math>\theta_i</math>，和反射角 <math>\theta_r</math>。''反射定律''表述为<math>\theta_r=\theta_i</math>，''换句话说，反射角等于入射角，''同时反射光线，入射光线，法线在同一平面内，反射光线与入射光线分局法线两侧。

事实上，只要光从一个有着特定[[折射率]]的介质传播进入一个有着不同折射率的介质，光的反射就会发生。在绝大多数情况下，只有一部分光会从界面反射，余下的则会[[折射]]。通过解在一束光线射到一个界面上的情况下的[[麦克斯韦方程组]]，派生出了[[菲涅耳方程|菲涅耳方程组]]，用它可以预测在特定情况下，多少光发生反射和多少光发生折射。这与[[阻抗匹配|阻抗失配]]在一个电回路中引起信号反射的方式类似。当光从光密介质入射时，如果入射角大于[[斯涅尔定律|临界角]]，[[全内反射]]就会发生。

全内反射被用来使波集中，此时用一般方法不能将波有效地反射。[[X射线天文学|X射线望远镜]]是通过为波创造一个辐辏“轨道”来建造的。波以低角度与这个轨道的表面相互作用，与此同时，它们也就朝着目标点反射（或是朝着与轨道表面的另一个相互作用点，最终被导向位于目的地的探测器）。普通的反光体此时无法发挥作用，因为X射线会轻易穿过设计好的反光体。

当光反射离开一个比外部介质更密（折射率更高）的材料时，它会经受一次[[极性]]倒转。反之，一个更疏、折射率更低的材料会使光''同相位''反射。这在[[薄膜光学]]领域中是一个重要法则。

镜面反射会形成[[图像]]。平坦表面上的反射形成的是[[镜像]]，它看起来是左右颠倒的，因为我们会把我们看到的图像，与我们在转到图像的位置后的所见作比较。在弯曲表面上的镜面反射会形成一个放大或缩小的图像；[[曲面镜]]拥有[[光学倍率]]。像这样的镜子可能会有着[[曲面镜|球形]]或是[[抛物面反射器|抛物面形]]的表面。
{{clear|right}}

[[Image:RefractionReflextion-zh.svg|thumb|center|650px|光在两种介质界面处发生的折射]]

===反射定律===
[[Image:Fényvisszaverődés.jpg|反射定律的一个例子|thumb|right]]
{{Main|镜面反射}}
如果反射的表面非常光滑，光发生的反射就被称作镜面反射或单向反射。无论镜面反射还是漫反射都遵从反射定律，反射定律如下：
#反射光线、入射光线和反射面在反射发生处的法线位于同一个平面。
#反射角等于入射角
#反射光线和入射光线处在法线的相对两边。

这三条定律全部可以由[[菲涅尔方程|菲涅尔方程组]]导出。

====机制====

[[File:Reflection of a quantum particle.webm|thumb|二维模拟：量子粒子的反射。白色模糊部分表示测量时在特定区域发现一个粒子的概率分布。]]

在[[经典电磁学|经典电动力学]]中，光被看作一种电磁波，一种通过[[麦克斯韦方程组]]描述的波。射到材料上的入射光导致了单个原子[[介电质|极化]]的微小振动（若是金属材料，则是电子的振动），造成了每一个粒子都向四面八方辐射出微弱的次级波，就像一个[[偶极子天线]]。根据[[惠更斯－菲涅耳原理]]，所有这些波加起来就给出了镜面反射和折射。

对于像玻璃这样的介电质，光的电场影响了材料裡的电子，这些移动的电子形成了场并变成新的辐射体。玻璃中的折射光是向前的辐射与入射光的联合。反射光是所有电子产生的向后的辐射的联合。

在金属中，没有结合能的电子被称作自由电子。当这些电子随着入射光振动时，它们的辐射的场和入射光的场之间的相位差是<math>\pi</math>(180°)，所以向前的辐射终止了入射光，而向后的辐射就是反射光。

在光量子方面的光-物质相互作用是[[量子电动力学]]的话题，详细的描述在[[理查德·费曼]]的畅销书[[QED：光和物质的奇妙理论]]中有所提及。

===漫反射===
[[Image:Diffuse refl.gif|thumb|right|固体表面发生[[漫反射]]的一般散射机制]]
{{Main|漫反射}}
当光射到一个（非金属的）材料表面上时，它会向各个方向弹离，这是因为材料''内部''极小的不规则（例如，[[晶粒|多晶]]材料的[[晶粒边界]]，有机材料的[[细胞]]或[[纤维]]边界），或是因为材料的表面粗糙，因而发生了繁多的反射造成的。因此，不会形成“图像”。这被称作[[漫反射]]。反射的确切的样子取决于材料的结构。漫反射的一个普通的模型是朗伯反射率，此时光在各个方向以相同的[[亮度]]（光度学上）或[[辐射率]]（辐射度学上）进行反射，这在[[余弦辐射体|朗伯余弦定律]]中有描述。

大多数物体发送到我们眼中的光，都是由于它们表面发生了漫反射，所以这便是我们进行肉眼观察的主要机制。<ref name="y">{{cite journal
|author=Mandelstam, L.I.
|title=Light Scattering by Inhomogeneous Media
|journal=Zh. Russ. Fiz-Khim. Ova.
|volume=58
|page=381
|year=1926
}}</ref>

注：漫反射时仍遵循反射定律

===逆反射===
[[Image:Corner-reflector.svg|right|thumb|角反射器的工作原理]]
有些表面会展示出''逆反射''。这些表面的结构使之将光向射入的方向反射。

当飞过被太阳光照亮的云层时，飞行器的阴影周围的区域看起来更亮，相似的效果也会出现在草的露珠上。这种不完整的逆反射的产生，是因为水滴的弯曲表面具有折射的特性，而水滴的后边具有反射的特性。

一些动物的[[视网膜]]起到了逆反射器的作用，这有效地提高了动物的夜视能力。因为它们眼中的许多透镜往复地改变进出的光线的路径，眼睛就有了强的逆反射器一样的效果，所以当它们晚上在荒地上行走时，有时会看到它们的眼睛会发光。

将三面平常的镜子两两垂直地放置，就制成了一个简单的逆反射器（角反射器）。形成的图像与单面镜子所成的相反。在一个表面上放一层微小的具有折射能力的球，或创造一些金字塔形的结构，就可以让一个表面具有一部分的逆反射特性。在这两种情况下，内部的反射造成光向它发源的地方反射回去。这被用来使交通标志和汽车牌照能基本上将光反射回它射来的地方。在这种应用中，完美的逆反射并不是想要的，因为这样的话，光就会径直地向驶来的车的车灯射去，而不是射入司机的眼睛。

===多重反射===
当光从一面[[镜|镜子]]反射出来，一个图像就会出现。两面精确面对面的镜子，就会显出一条直线上有无穷多个图像的样子。如果两面镜子成一定角度，在它们之间看到的多重图像就会位于一个圆上。<ref>{{cite journal|title= Virtual mirrors |url= https://archive.org/details/sim_physics-teacher_1982-05_20_5/page/278 |journal= Physics Teacher|volume=20|page=278|year=1982| author= M. Iona |bibcode = 1982PhTea..20..278G |doi = 10.1119/1.2341067|issue= 5 }}</ref>那个圆的圆心位于镜子假想的相交处。四面镜子面对面排成方形，就会显出无穷多个图像排列在一个平面内的样子。如果每对镜子彼此都成一定角度，组成一个金字塔，那么在它们之间看到的多重图像就会位于一个球上。如果金字塔的底部是矩形，图像就会遍布一段[[环面]]。<ref>{{cite journal|title=Output irradiance of tapered lightpipes|journal=JOSA A|volume=27|issue=9|page=1985|year=2010|url=http://fisica.uaz.edu.mx/~imoreno/Publicaciones/JOSA2010.pdf|doi=10.1364/JOSAA.27.001985|author=I. Moreno|bibcode=2010JOSAA..27.1985M|access-date=2017-10-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20120331162520/http://fisica.uaz.edu.mx/~imoreno/Publicaciones/JOSA2010.pdf|archive-date=2012-03-31|dead-url=yes}}</ref>

注意这些都是在理想状况下的完美模型，需要把绝对光滑、绝对平坦、不吸收任何光的完美反射器完美地校准。实际中，这些情形只能去趋近却不能去达到，因为反射器表面的任何瑕疵造成的影响都会增加、放大，而对光的吸收会逐渐使图像黯淡、消失，而且所有的观测设备（生物的或技术的）都会有干扰。

===复杂共轭反射===
在这个过程中（也被理解为相位共轭），由于经过非线性的光学处理，光精确地向射来的方向反射回去。不仅光的方向颠倒了，而且实际的波阵面也被颠倒了。共轭反射器可以将光线反射，并使反射光再次通过有像差的光学仪器，因此可以用来消除[[像差]]。

==其他类型的反射==

===中子反射===
能反射[[中子]]的材料，例如[[铍]]，被用于[[核反应堆]]和[[核武器]]。在物理和生物科学中，将材料的原子中的中子反射出来普遍用于测定材料内部结构。

===声反射===
[[File:Studio soundproofing panel.jpg|thumb|right|用于高频的声音扩散面板]]
当纵向的[[声波]]射到一个平坦表面上时，声音以一种连贯的方式反射，由反射面的大小与声音的波长相比有多大来提供。注意可听声的频率范围广泛（从20赫兹到大约17000赫兹），于是波长范围也很广泛（从大约20毫米到17米）。因此反射的总体特性会根据表面的质地和结构而变化。例如，多孔的材料会吸收一些能量，而粗糙（相对于波长而言）的材料往往向多方向反射——将能量扩散而不是协调一致地反射。这就引入了[[建筑声学]]的领域，因为这些反射的特性对于一个空间的听觉感受来说是挑剔的。在外部噪声控制的理论中，通过将一部分声音向相反方向反射，反射表面的大小会从[[隔音屏障]]的设想中得到轻微减损。

===地震反射===
由于[[地震]]或其他来源（例如[[爆炸]]）产生的[[地震波]]可能会被[[地球]]内部许多地层反射。研究地震引起的波的深度反射，使得[[地震学|地震学家]]可以测定[[地球构造|地球的分层结构]]。更浅的反射通常被用于反射地震学来研究地球的[[地球地壳|地壳]]，尤其用于勘探[[石油]]和[[天然气]]储量。

== 參照 ==
{{colbegin|3}}
*[[增透膜]]
*[[衍射]]
*[[惠更斯－菲涅耳原理]]
*[[负折射]]
*[[海浪]]
*[[反射系数]]
*[[反射率]]
*[[折射]]
*[[斯涅尔定律]]
*[[太阳反辉]]
{{colend}}

== 參考資料 ==
{{reflist}}

{{光学}}

[[Category:几何光学]]
[[Category:光学现象]]