Phản xạ góc

7

Tấm phản xạ góc là một thiết bị được sử dụng để phản xạ radar hoặc chùm tia quang học theo hướng ngược lại với hướng ban đầu. Cho đến gần đây, gương phản xạ góc quang học chỉ được sử dụng làm thiết bị cảnh báo đường bộ khiêm tốn - trên xe đạp, xe tự động, tàu hỏa và biển báo đường bộ. Chúng được gọi là gương phản xạ *). Hiện nay, gương phản xạ góc được sử dụng rộng rãi: chúng được sử dụng trong radar dẫn đường, khí tượng học và nghiên cứu không gian.

Tấm phản quang góc “hoạt động” như thế nào?

Thiết bị của nó rất đơn giản. Hình 1 cho thấy các loại khác nhau

*) “Kataphot” (Hy Lạp) - một tấm phản xạ ánh sáng hướng về phía nguồn.

Phản xạ góc. Đây có thể là một hình lăng trụ tam giác, hai mặt bên vuông góc với nhau (Hình 1, a). Các mặt này (ОAA’О’ và OBB’O’) được phủ bên trong một lớp vật liệu mỏng phản chiếu ánh sáng tốt. Tấm phản xạ góc có thể là một paramid tứ diện (Hình 1, b), ba mặt vuông góc với nhau (AOB, BOC và AOC) được mạ bạc. Tấm phản xạ góc radar là ba tấm phẳng vuông góc với nhau (Hình 1, c), được làm bằng vật liệu phản xạ tốt sóng vô tuyến.

Như bạn có thể thấy, một tấm phản xạ góc có thể được biểu diễn dưới dạng sơ đồ như một hệ thống các gương phẳng vuông góc với nhau. Để hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động của gương phản xạ, hãy xem xét đường đi của tia sáng của hệ gồm hai gương như vậy ($3_1$ và $3_2$ trong Hình 2) thay đổi như thế nào.

Tia S, tới gương $3_1$ một góc $\phi_1$, bị phản xạ khỏi nó (tại điểm A), chạm vào gương $3_2$ một góc $\phi_2$ và bị phản xạ khỏi nó (tại điểm B). Dễ dàng nhận thấy do phản xạ nên chùm tia “quay” một góc $2\phi_1 + 2\phi_2 = 180^\circ$, tức là chùm tia phản xạ song song với chùm tia tới và hướng ngược lại.

Vai trò của hai tấm gương như vậy được thực hiện trong lăng kính phản xạ (Hình 1, a) của các mặt OAA’O’ và OBB’O’. Một tia sáng tới cạnh “cạnh huyền” BAA’B’ sau khi phản xạ trong lăng kính sẽ phát ra theo hướng ngược lại. Lưu ý rằng việc lấp đầy tia trên mặt cạnh huyền không có tác dụng.

8

về hành động “quay” của gương phản xạ (Hình 3). (Rõ ràng, nếu tia tới và tia phản xạ song song với nhau về một phía của mặt khúc xạ $BAA'B'$ - nằm trong góc thì chúng song song ở phía bên kia của nó.)

Tuy nhiên, một gương phản xạ bao gồm hai gương vuông góc với nhau chỉ “đảo ngược” những tia nằm trong mặt phẳng vuông góc với cạnh của góc nhị diện được tạo bởi gương. Một gương phản xạ bao gồm ba gương vuông góc với nhau không có nhược điểm này. Chúng ta hãy chứng minh rằng bất kỳ tia nào chạm tới một gương phản xạ như vậy và chịu sự phản xạ tuần tự từ cả ba gương sẽ đổi hướng của nó hoàn toàn ngược lại.

Để làm được điều này, trước hết, theo khoảng cách, vectơ đơn vị xác định hướng của tia sẽ thay đổi như thế nào khi tia phản xạ từ gương phẳng. Trong Hình 4 có một gương, $S$ là tia tới gương nghiêng một góc $\varphi$, $s$ là vectơ đơn vị xác định hướng của tia tới, $n$ là vectơ đơn vị vuông góc với mặt phẳng gương, $s'$ là vectơ đơn vị theo hướng của tia $S$. Chúng ta hãy biểu diễn nó dưới dạng tổng của ba thành phần $s_x, s_y$ và $s_z$, song song với các trục $X$, $Y$ và $Z$ tương ứng. Sau sự phản xạ đầu tiên—sự phản chiếu từ gương $3_1$—tia truyền theo hướng được xác định bởi vectơ đơn $s'$. Các thành phần của vectơ $s'$ là $s_x, s_y, s_z$, (thành phần $s_x$ của vectơ $s$, vuông góc với mặt phẳng gương $3_1$, đổi dấu ngược lại

9

sai và các thành phần $s_y$ và $s_z$, song song với mặt phẳng này, không thay đổi). Sau khi theo dõi các phản xạ liên tiếp của chùm tia từ gương $3_2$ và $3_3$, chúng ta sẽ tin rằng sau phản xạ thứ ba (từ $3_3$), chùm tia đi theo hướng được xác định bởi vectơ thống nhất $s''$, các thành phần của nó bằng với sự tương ứng $-s_x, -s_y, -s_z$. Điều này có nghĩa là bất kỳ tia nào rơi vào hệ gồm ba gương vuông góc lẫn nhau đều bị hệ này phản xạ theo hướng ngược lại với hướng ban đầu.

Một hệ thống gương như vậy được hình thành bởi ba mặt màu xám vuông góc lẫn nhau của kim tự tháp phản xạ góc (xem Hình 1, b). Trên các mặt đóng góc ABC không cản trở hoạt động của các mặt phản xạ AOB, BOC và AOC.

Chúng ta đã nói về việc sử dụng rộng rãi các tấm phản xạ góc. Cái “cũ nhất” trong số chúng, cadafts, có thể được hình dung như một tập hợp các gương phản xạ hình chóp, được sao chép sao cho các cạnh của các góc nhị diện được tạo thành bởi các cạnh phản xạ nằm trong cùng một mặt phẳng và được quay tương đối với nhau ở mọi góc có thể. Mỗi lăng kính như vậy phản xạ các tia “phía sau” vuông góc với cạnh của góc nhị diện. Đó là lý do tại sao kadafot và mỗi người đều tỏa sáng.

Trong thực tế nâng cao, các tấm phản xạ góc thuộc loại trong Hình 1 được sử dụng trong radar. Ví dụ, phao và phao được trang bị gương phản xạ như vậy sẽ trở nên dễ bị radar phát hiện hơn. Sử dụng gương phản xạ gắn trên khinh khí cầu thời tiết, tốc độ và hướng gió ở độ cao lớn hơn được xác định bằng radar.

Các gương phản xạ góc quang học là ứng dụng duy nhất trong nghiên cứu không gian. Một tấm phản xạ đặt trên vệ tinh nhân tạo hoặc tàu vũ trụ giúp có thể xác định khoảng cách đến các vật thể này với độ chính xác rất cao. Đồng thời, như một chùm tia laser.

Năm 1969, tấm phản xạ góc được phi hành đoàn tàu vũ trụ Apollo II của Mỹ đặt trên Mặt trăng. Một năm sau, gương phản chiếu góc thứ hai xuất hiện trên Mặt trăng - được lắp trên xe tự hành tự động của Liên Xô.

(Cuối cùng xem trang 46)