Коэффициент отражения (оптика)

Коэффицие́нт отраже́ния — безразмерная физическая величина, характеризующая способность тела отражать падающее на него излучение. В качестве буквенного обозначения используется греческая $\rho$ или латинская $R$.

Коэффициент отражения (оптика)
$\rho ,R$
Размерность	безразмерная
Примечания
скалярная величина

Определения

Количественно коэффициент отражения равен отношению потока излучения, отраженного телом, к потоку, упавшему на тело:

$\rho ={\frac {\Phi }{\Phi _{0}}}.$

Сумма коэффициента отражения и коэффициентов поглощения, пропускания и рассеяния равна единице. Это утверждение следует из закона сохранения энергии.

В тех случаях, когда спектр падающего излучения настолько узок, что его можно считать монохроматическим, говорят о монохроматическом коэффициенте отражения. Если спектр падающего на тело излучения широк, то соответствующий коэффициент отражения иногда называют интегральным.

В общем случае значение коэффициента отражения тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения. Вследствие зависимости коэффициента отражения поверхности тела от длины волны падающего на него света визуально тело воспринимается как окрашенное в тот или иной цвет.

Коэффициент зеркального отражения $\rho _{r}~(R_{r})$

Характеризует способность тел зеркально отражать падающее на них излучение. Количественно определяется отношением зеркально отраженного потока излучения $\Phi _{r}$ к падающему потоку:

$\rho _{r}={\frac {\Phi _{r}}{\Phi _{0}}}.$

Зеркальное (направленное) отражение происходит в тех случаях, когда излучение падает на поверхность, размеры неровностей которой пренебрежимо малы по сравнению с длиной волны излучения.

Различают отражение от электропроводных поверхностей, например, металлических зеркал и отражение от диэлектрических поверхностей, например, стеклянных. При отражении от раздела двух диэлектрических сред с показателями преломления $n_{1}$ и $n_{2}$ в случае нормального падения коэффициент отражения $\rho _{r}$ выражается:

$\rho _{r}=\left({\frac {n_{1}-n_{2}}{n_{1}+n_{2}}}\right)^{2},$

причём его значение при нормальном падении не зависит от направления распространения излучения — из среды с бо́льшим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления или наоборот.

При косом падении излучения на плоскую поверхность раздела двух диэлектрических сред коэффициент отражения зависит от угла падения, в частности, при полном внутреннем отражении становится равным 1. Соотношения мощностей отраженного и проходящего потоков даются формулами Френеля.

Коэффициент диффузного отражения $\rho _{d}~(R_{d})$

Характеризует способность тел диффузно отражать падающее на них излучение — отражение от матовых поверхностей. Количественно определяется отношением диффузно отраженного потока излучения $\Phi _{d}$ к падающему потоку:

$\rho _{d}={\frac {\Phi _{d}}{\Phi _{0}}}.$

Если одновременно происходят и зеркальное, и диффузное отражения, то коэффициент отражения $\rho$ является суммой коэффициентов зеркального $\rho _{r}$ и диффузного $\rho _{d}$ отражений:

$\rho =\rho _{r}+\rho _{d}.$

Спектр отражения для слоистой среды

Для определения параметров слоистой среды (слоистая среда в астрономии – это атмосфера Земли или атмосфера наблюдаемой звезды, в георазведке – недра, в биологии – живые ткани под микроскопом, в промышленности – различные многослойные пленки, в том числе и анизотропные) анализируется, в частности, зависимость коэффициента отражения от частоты и поляризации падающего электромагнитного излучения.

Такая зависимость называется спектром отражения.

Параметры среды при известном спектре в общем случае не получается вычислить однозначно (т.н. Обратная задача).

Поэтому, при анализе полученных спектров используют сравнение. Здесь имеет значение «прямая задача» – вычисление спектра при известных (заданных из предположений) параметрах слоистой среды и падающего излучения – которая решается сравнительно легко применением уравнений Максвелла. Методы решения важных частных случаев разработаны в матричной оптике.

Наиболее востребован, в силу простоты решения и высокой скорости получения ответа при допустимой погрешности, один из частных случаев: падение по нормали (плоской электромагнитной волны с заданной поляризацией на одномерную слоистую среду с заданными параметрами).

Вычисление спектра для этого случая реализовано как в коммерческих программных пакетах (CAE), так и в бесплатных веб-интерфейсах (например, «калькулятор Прашкевич»).

См. также

• Коэффициент поглощения
• Коэффициент рассеяния
• Коэффициент пропускания
• Коэффициент ослабления