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5-2.반사의 종류에 관하서

반사의 종류는 크게 나누면 두 가지가 있습니다.

경면 반사(정반사)

경면 반사(정반사)란, 광원으로부터 입사한 빛의 입사각과 반사각이 동일한 「반사의 법칙」이 성립되는 반사를 말합니다.
광택 금속의 경우 입사한 빛을 거의 반사합니다. 이것은 금속의 표면에 빛이 입사하면 자유전자가 가속되어 자유전자의 운동이 심해져 전류가 일어나 자기장이 생긴다. 이 진동하는 자기장은 새로운 전자파를 생성합니다. 이 새로 만들어진 전자파의 진동수는 입사한 전자파와 같습니다. 실제로는 반사가 아닌 반사하고 있는 것처럼 보인다고 할 수 있습니다.
자유전자의 움직임이 금속의 반사에 큰 영향을 미치고, 전기저항률이 낮은 금속이 빛의 반사율이 높은 경향이 있다.

반사의 종류에 관하서

상기 표로부터 전기저항률이 낮은 은, 구리, 금, 알루미늄은 1㎛의 근적외선 반사율이 높고, 전기저항률이 높아짐에 따라 반사율도 낮아지는 경향이 있다.
이 1㎛의 근적외선의 반사율이 높은 금속 중에서도 은은 공기 중의 황화수소와 화학 반응하여 변색하거나 구리는 가열하면 공기 중의 산소와 화학 반응하여 (산화) 변색한다. 금속이므로 히터의 집광경으로 사용하는 것은 문제가 있습니다. 소거법으로, 변색이나 산화하기 어려운 금과 알루미늄이 적합합니다.

반사의 종류에 관하서

할로겐 히터를 최대 출력으로 사용했을 때의 최대 파장은 약 1㎛입니다. 이때 알루미늄과 금을 비교하면 약 10%의 차이가 있고, 금 쪽이 반사율이 높습니다. 예를 들면, 0.5㎛의 가시광선이나 자외선 영역의 파장으로 비교하면 반사율은 알루미늄이 높습니다. 어떤 파장의 빛을 반사시키는가에 따라 소재가 달라집니다. 가열에 관점을 두면, 가시광선과 적외선의 파장이 가열에 기여하기 때문에 금이 집광경으로서 효율이 좋습니다.

확산 반사

금속 이외의 반사에서는 물체에서 방출되는 빛은 경면 반사와 달리 각도는 제한되지 않고 모든 방향으로 균등하게 방출됩니다.
가시광 영역에서 흰 종이가 하얗게 보이는 것은 이 확산 반사에 의한 것으로, 모든 빛(전자파)을 반사하고 있기 때문입니다. 즉, 백색 물체는 흡수하는 빛에 편향이 없다는 것입니다. 특정 빛을 흡수하는 물체로, 빨강을 흡수하는 물체는 파란색과 녹색의 빛을 반사하므로 녹색 청색의 청록색이 됩니다.
또, 티슈 페이퍼등의 흰 종이는, 미소의 섬유와 섬유를 짜 넣은 소재입니다. 그 그물의 요철이 빛을 다양한 방향으로 반사, 굴절하기 때문에, 광택 금속의 경면 반사와는 달리, 높은 반사율에도 불구하고 흰 종이에는 광택은 없습니다. 금속과 금속 이외의 반사율은 단순히 수치만으로는 비교는 할 수 없고, 빛이 반사하는 방향에도 주목할 필요가 있습니다.

유전체 다층막 반사경

유전체 다층막 거울은 특정 파장을 반사하는 반사경입니다. 반사율은 금속보다 높습니다. 연마된 석영 유리 등의 기판에 저굴절률과 고굴절률의 박막을, 각각을 설계 파장의 1/4과 광로 길이(굴절률 n×막 두께 d)가 같도록 조정하여 교대로 다중 적층합니다. 이것에 의해 표면 반사와 각 층의 반사가 동 위상이 되어 설계 파장 주변에 좁은 반사할 수 있습니다.

반사의 종류에 관하서

설계 파장 = 1㎛로 하는 경우, 재료를 1/4의 광로 길이(굴절률 n×막 두께 d)에 맞추면 1㎛의 근적외선에 파장에 맞춘 반사율이 100%에 가까운 반사경을 만들 수 있다. 수 있습니다.

(예) 고굴절 재료: 산화티탄(TiO2) n=2.4 d=0.10416 n×d=0.25
(예) 저굴절 재료: 이산화규소(SiO2) n=1.47 d=0.17123 n×d=0.25

 

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