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奥林巴斯显微镜:光的反射

2013-10-16  发布者:admin 

光的反射(和其他形式的电磁辐射)时,会发生波遇到的表面或其他边界不吸收的辐射能量,并远离表面反弹浪。可见光反射最简单的例子是表面光滑的游泳池水,入射光体现在有条不紊地产生清晰的图像周围的风景池。扔一块石头入池(见图1),水的扰动,形成波浪,扰乱了在所有方向上的反射光线散射反射。

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一些最早的账目光反射源于古希腊数学家欧几里得,公元前300年左右,进行了一系列的实验,并出现反射光的方式,有一个很好的理解。然而,它是不是直到千禧年半后,阿拉伯科学家的海桑提出法律说明到底发生了什么光线来袭时光滑的表面,然后反弹到太空。

入射光波被称为作为入射光波,被称为波反弹远离表面的反射波。被引导的一面镜子以一个角度入射到表面上的可见的白色光被反射回空间由所述反射镜表面在另一个角度(反射)的入射角相等,对提交的光束的动作光线从手电筒光滑,平坦的反射镜,在图2中。因此,光的入射角等于可见光以及可用于所有其它波长的电磁辐射光谱的反射角度的影响。这个概念通常被称为“反思重要的是要注意,光分离成它的组成颜色,因为它没有“弯曲”或折射,所有的波长都被以相等的角度反射。最好的用于反射光的表面非常光滑,诸如玻璃的反射镜或抛光的金属,虽然几乎所有的表面反射光在一定程度上。

由于光的行为就好像它是由粒子组成的,如波浪和其他方式在某些方面已经出现几个独立的光的反射理论。据波为主的理论,光波摊开在所有方向上从源头上,并取得子时,都体现在哪个角度光到达确定的角度。反转每一波的反射过程中背到前面,这就是为什么观察倒车影像。光波的形状取决于光源的大小的波已到达达到镜面。源于镜源附近的波阵面,将高度弯曲,而那些遥远的光源发出的几乎是线性的,一个因素会影响反射的角度。

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根据粒子理论,从波的概念中的一些重要的细节不同,光到达上面的反射镜中的微小粒子,被称为光子,这相差的冲击时的表面反弹的流的形式。由于粒子是如此之小,他们的旅行非常接近(几乎并排),并从不同点反弹,所以它们的顺序是相反的反射过程中,制作一个镜像。然而,不管光线是否是作为粒子或波,反射的结果是相同的。的反射光产生一个镜像。

被物体反射的光的量,以及它是如何被反射,高度依赖于表面的平滑度或纹理的程度当的表面缺陷小于入射光的波长(如镜子的情况下),几乎所有的光被反射相同。然而,在现实世界中,大多数对象有错综复杂的表面,表现出漫反射,在各个方向的入射光被反射。很多的对象,我们随便查看每天(人,车,房子,动物,树木等)不自己发出的可见光,但反映的事件自然的阳光和人工光源。比如,会出现一个苹果有光泽的红色,因为它有相对光滑的表面,反射红色光,并吸收其他非红色的波长的光(如绿色,蓝色和黄色)。的光的反射,可以大致分为两种类型的反射, 从光滑的表面反射的光以一定的角度被定义为镜面反射漫反射,而产生粗糙的表面,往往以反射光在所有方向上(如上图3)。我们还有更多的出现在我们的日常生活环境中的镜面反射漫反射比。

以可视化的镜面反射和漫反射的差异,考虑两个非常不同的表面光滑的镜子和粗糙表面微红。镜子反射的白色光(如红色,绿色,和蓝色波长)的所有的组件几乎是同样的,反射的镜面光遵循的轨迹具有相同的角度,从常规的入射光。粗糙表面微红,但是,并不反映,因为它吸收所有波长的蓝色和绿色成分,反映了红灯。此外,从粗糙表面的漫反射的光被分散在各个方向。

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镜面反射,这是我们每天遇到的,也许最好的例子是一个家庭的一面镜子,人们可以使用,每天多次查看其外观所产生的镜像光滑的反射镜子的玻璃表面呈现虚拟图像的光直接反射回入眼睛的观察员。此图像被称为“虚拟”,因为它实际上是不存在的(不产生光)和后面的平面上的反射镜的假设,大脑自然出现。在这发生的方式是最简单的可视化上的观察者一侧的下一个对象的反射时,使光从物体撞击在一个角度的镜子,并在一个等于角观察者的眼睛的反射。当眼睛接收的反射光线,大脑假设光线已经达到了眼睛的直接直线路径。向后向反射镜的光线追踪,大脑感知的镜子后面的位置的图像。该反射工件的一个有趣的特点是,所观察的对象的图像似乎是后面的平面上的反射镜相同的距离,实际的对象是在前面的反射镜。

在镜中,被认为是不同的反射率取决于反射镜的形状,并在某些情况下,相差多远,从反射镜被反射的物体的位置。镜子是并不总是平坦,可以生产各种各样的配置,提供有趣和有用的反射特性。 凹面镜,通常发现的最大的光学望远镜,用于收集从非常遥远的恒星发出的微弱的光。曲面平行光线集中,有很大的距离,增强强度分为单点。剃须或化妆镜反射光产生的放大的形象面对这个镜面设计也很常见。有光泽的勺子的内部的凹反射镜表面的一个常见的例子,可以用来证明此镜型的一些性质。如果里面的勺子保持接近眼睛,一个放大的眼睛的直立视图可以看出(在这种情况下,眼睛接近的反射镜的焦点)。如果勺子搬得更远,一个倒demagnified,整个脸会被看到。在这里,图像反转,因为它被形成后的反射光线穿过镜子的焦点。

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另一种常见的反射镜具有弯曲表面,镜,通常是用在汽车的后视反射镜的应用中向外反射镜的曲率产生更小,更发生的车辆后方的全景。当平行光线照射的表面的凸镜,光的波被反射向外发散。当大脑回顾了光线,他们似乎从镜子后面,在那里他们会收敛,来产生一个较小的正派形象(形象是正直的,因为之前形成的虚像的光线已经越过焦点)。凸镜也被用来作为在走廊和业务的安全和安全的广角镜。曲面镜是最有趣的应用程序,逛州博览会,嘉年华会,和有趣的房子发现新奇镜。这些反映往往包含凹凸表面的混合物,或表面轻轻改变曲率产生光怪陆离,扭曲的反射,当人们观察自己。

勺可以用来模拟凸,凹镜,如图4所示,一个年轻女子站在旁边的木栅栏反射。当女人的形象和栅栏反映的勺子从外面表面(凸),形象正直,但在边缘扭曲勺曲率变化。相反,当勺子的背面(内碗,或凹表面)是利用反映现场的女人和围栏的图像反转。

在图5中得到的凹部和凸镜的反射图案。凹面反射镜的反射面,向内侧弯曲,类似的球体内部的一部分。的主要或光轴平行的光线反射的凹面反射镜的表面(在这种情况下,光线从猫头鹰英尺),它们在前面的反射镜的焦点(红点)上收敛。的反射面的焦点之间的距离是已知的作为反射镜的焦距取决于图像的大小相对于镜子的镜子和它的位置,通过该对象的距离。在这种情况下,猫头鹰被放置相差的曲率中心的反射图像是上下颠倒的,并且定位在反射镜的曲率中心,其焦点。

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凸面反射镜的反射面,向外弯曲,类似的部分的外部的一个球体。平行于光轴的光线的反射面的焦点,这是镜子后面(图5)的方向偏离。形成有凸镜的图像总是对的一面朝上,并减小尺寸。这些图片也被称为虚拟图像,因为它们发生在哪里出现反射光线偏离镜子后面的一个焦点。

宝石切割的方式更美观和赏心悦物镜应用光反射的原理之一。特别是在钻石的情况下,个别的石头的美丽和经济价值在很大程度上取决于外部面(或方面)的宝石的几何关系被切断成菱形的小平面,使计划落的石头的前表面上的光的反射回观察者(图6)。甲被反射的光的一部分可直接从外部上的层面,但一些进入钻石内部反射后,被反射回石头从较低的刻面的内表面。这些内部的射线路径和多个反射负责钻石的闪闪发光,通常被称为它的“火”。一个完美的切割石材的一个有趣的结果是从正面看时,它会显示一个辉煌的反射,但会显得较暗或钝痛从后面,如图6所示。

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它们到达各个角度的镜子反射光线。然而,在某些其他情况下,光可能只反映从某些角度,而不是其他,导致这种现象被称为全内反射这可以说明一种情况,潜水员的工作完全平静如水的表面下面闪耀着明亮的手电筒直接在表面向上。如果光线射到直角表面继续直接出来的水,作为一个垂直的光束投射到空气中。如果定向的光的光束以一个小角度的表面,因此,它影响了表面以斜角,光束会从水中出现,但将被弯曲的折射表面的平面的朝向。新兴的光束之间的角度和表面的水比光束和下面的水的表面之间的角度变小。

如果潜水员继续倾斜的表面光一眼角度,光束上升出来的水将得到密切,更接近表面,直到在某一点,这将是平行于表面。由于光由于折射弯曲,新兴的光束成为平行于表面的下面的水的光之前,已经达到了相同的角度。新兴的光束变成平行于表面的在该点发生在临界角如果光线的角度,它没有进一步出现。,而不是被折射,所有的光将反映在水的表面背面入水,就像它在镜子表面。

全内反射的原理为基础的光纤的光透射,使得可能的医疗程序,如内镜检查,电话语音传输的编码为光脉冲,和设备,如显微镜和其他的任务,被广泛应用于需要精确照明光纤照明效果。双筒望远镜和在单镜头反射式照相机中采用的棱镜也利用全内反射的直接图像,通过几个90度的角度,并进入用户的眼睛。在光纤传输的情况下,反射光进入光纤的一端为Z字形朝向另一端,通过细纤维壁逸出的光与没有从纤维的壁内部的无数次。此方法的“管道”的光可以保持很长的距离,并与众多的匝沿着光纤的路径。

全内反射在一定的条件下是唯一可能。的光需到具有相对高的折射率的介质中,该值必须为高于周围介质。因此,合适的水,玻璃,许多塑料的使用时,被空气包围。如果选择适当的材料,反射的光的光纤或光管内会发生的内表面以较小的角度(参见图7),所有的光将被完全包含在远端,直到它退出管道内的。然而,在入口处的光纤,光必须求取到底在一个较高的入射角以穿越的边界并进入光纤。

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反射的原则在许多光学仪器和设备利用大有裨益,这往往包括应用的各种机制,以降低反射从表面参与形成图像。防反射技术背后的概念是控制在以这样的方式,从它的目的和有益的表面反射的光线的光学元件中使用的光,,并没有反映相差的表面,而这会在图像上产生有害的影响被观察。在现代的镜片设计,无论是显微镜,照相机,或其它光学设备的最显着的进步,是在抗反射涂层技术的改进。

薄涂料的某些材料,当应用在镜头表面,可以帮助减少不必要的反射表面时可能发生的光通过透镜系统。现代高度校正的光学像差的透镜一般有多个单独的透镜或透镜元件,它以机械方式保持在桶或透镜套管一起,更正确地称为作为透镜光学系统。如果没有涂层,以降低反射,在这种系统中,每个空气-玻璃界面可以反映4%和5%之间,垂直于表面的入射光束,导致在正常发病率的95%至96%的透射率值。应用厚度为四分之一波长的防反射涂层,具有一个特别选定的折射率可提高三到百分之四的传输值。

现代的显微镜物镜,以及相机和其他光学设备而设计的,已变得越来越精密和复杂的,并且可以具有15个或更多单独的透镜元件与多个空气 - 玻璃界面。如果没有元素涂层,镜头单独从轴向射线反射损失会降低透光率值的50%左右。在过去,单层涂料被用来减少眩光,提高透光性,但这些已在很大程度上取代了由多层涂层,可以产生超过99.9%可见光透过率值。

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在图8中示出的示意图光波反射和/或通过与两层防反射层涂覆的透镜元件。入射波取得的第一层以一定角度在图8中的),导致被反射(R(0) 的一部分被传输通过所述第一层的光的一部分当遇到的第二防反射层(B层),另一部分光(R(1) 是在相同的角度反射,并与从第一层的反射光干扰。一些其它光波继续到玻璃表面上,在那里再次部分地反射,部分被传递出去。干扰(和相消)R(2) 的玻璃表面与光反射的光反射的防反射层。防反射层的折射率不同的玻璃和周围介质(空气),仔细选择的玻璃组合物中使用的特定的透镜元件,以产生所需的折射角。由于光波通过防反射涂层和玻璃透镜表面,几乎所有的光(根据的入射角)的最终传输通过透镜元件和集中以形成图像。

氟化镁是许多用于薄层光抗反射涂层材料之一,虽然现在大多数显微镜镜头制造商生产自己的专利涂层配方。这些抗反射措施的一般结果是一个戏剧性的改善图像质量,在光学器件,因为可见光波长传输,减少不必要的反射,眩光的干扰和消除不必要的波长可见光光谱范围之外增加。

对可见光的反射光的行为的属性,是所有现代显微镜的功能的基础。往往是由一个或多个平面(或平面)的反射镜内的奥林巴斯显微镜光路直接通过透镜形成的虚拟映像,我们看到在目镜(目镜)反射的光。显微镜还可以使用分束器,以允许同时发送的​​光学系统的不同部分的光的一部分反射一些光。显微镜其他光学元件,如特别设计的棱镜,过滤器和镜头涂层,也形成图像,光的反射现象的关键依赖于履行职能。