Обяснение на принципа на действие на ъгловия рефлектор, който е в основата на ретрорефлектора
Сега светлоотражателите се използват широко в пътни знаци и обозначения на пътни обекти, специални дрехи на пътни служби, в униформа на специални служби, като КАТ, Министерството на извънредните ситуации, Бърза помощ. Когато светлината удари тези материали, те „светят“ ярко, изпъквайки значително на общия фон на пътя. Шофьорите в тъмното отдалеч виждат такива обекти, планирайки действията си предварително.
Много дълго време търсихме добра статия, която да бъде разбираема, достъпна, но от строго научна гледна точка, да обясни принципа на действие на ретрорефлекторите. Това се оказа нелека задача. Всички днешни описания съдържат редица неточности. Такава статия открихме само в картотеката на научно-популярното физико-математическо списание "Квант" за 1978 г.
Ъглови рефлектори
научно-популярно физико-математично списание "Квант" 1978 №12 стр.7-9,46
Ъгловите рефлектори са устройства, които се използват за отразяване на радарни или оптични лъчи в обратна посока от оригинала. Доскоро оптичните ъглови рефлектори се използваха само като скромно устройство за предупреждение на пътя - на велосипеди, коли, влакове, пътни знаци. Те се наричаха рефлектори. В момента ъгловите рефлектори са широко използвани: те се използват в навигационни радари, метеорология и космически изследвания. Как "работи" ъглов рефлектор? Устройството му е много просто. Фигура 1 показва различните видове ъглови рефлектори. Това може да бъде триъгълна призма, две странични стени на която са взаимно перпендикулярни (фиг. 1а) и от вътрешните странитехните повърхности (OAA'O и OBB'O') са покрити отвътре с тънък слой материал, който отразява добре светлината. Ъгловият рефлектор може да бъде тетраедрична пирамида (фиг. 1b),
 |  |  |
| а) | b) | c) |
три взаимно перпендикулярни повърхности, от които (AOB, BOC, AOC) също имат вътрешни отразяващи повърхности. Радарните ъглови рефлектори са три взаимно перпендикулярни лентови плочи (фиг. 1c), изработени от материал, който отразява добре радиовълните. Както можете да видите, ъглов рефлектор може да бъде схематично представен като система от взаимно перпендикулярни плоски огледала. За да разберем по-добре принципа на рефлектора, нека разгледаме как система от две такива огледала променя хода на светлинните лъчи (Z1 и Z2 на фиг. 2)
Лъч S, удрящ огледалото M1 под ъгъл φ1, се отразява от него в точка A, удря огледало M2 под ъгъл φ2 и се отразява от него в точка B, 2 φ1+2 φ2 = 180°, т.е. отразеният лъч е успореден на падащия лъч и е насочен в обратна посока.
Ролята на две такива огледала в рефлекторната призма (фиг. 1а) играят лицата OAA’O’ и OBB’O’. Светлинен лъч, падащ върху лицето на "хипотенузата" BAA'B', след отражение в призма, излиза точно в обратната посока. Обърнете внимание, че пречупването на лъча при лицевата страна на хипотенузата не влияе на "завъртащото действие" на рефлектора (фиг. 3).
Очевидно е, че ако падащият и отразеният лъч са успоредни един на друг от едната страна на пречупващото лице BAA'B' - вътре в ъгъла, то те са успоредни и от другата му страна.
Но рефлектор, състоящ се от две взаимно перпендикулярни огледала, "обръща" само тези лъчикоито лежат в равнина, перпендикулярна на ръба на двустенния ъгъл, образуван от огледалата. Рефлекторът, състоящ се от три взаимно перпендикулярни огледала, е лишен от този недостатък. Нека покажем, че всеки лъч, който удари такъв рефлектор и претърпи последователни отражения от трите огледала, ще промени посоката си в точно обратната посока.
За да направим това, първо разглеждаме как се променя единичният вектор, който определя посоката на лъча, когато лъчът се отразява от плоско огледало. На фигура 4: Z е плоско огледало, S е лъч, падащ върху огледалото под ъгъл φ, е единичен вектор, който определя посоката на падащия лъч, е единичен вектор, перпендикулярен на равнината на огледалото, е единичен вектор, който определя посоката на отразения лъч. (вектори и лежат в една и съща равнина). Нека представим всеки от векторите , и ; като сбор от два вектора (ще ги наричаме "компоненти"): къде са компонентите; и успоредни на равнината 3, и и са перпендикулярни на тази равнина. От закона за отразяване на светлината следва, че a, т.е. когато лъчът се отразява, компонентът на вектора, успореден на равнината на огледалото, не се променя, а компонентът, перпендикулярен на тази равнина, променя знака на противоположния.
Сега разгледайте три взаимно перпендикулярни плоски огледала Z1, Z2, Z3 на фигура 5
Такава система от огледала се формира от три васимално перпендикулярни посребрени лица на ъглова рефлекторна пирамида (виж фиг. 1, b). Наличието на "затваряща" ъгъла лице ABC не нарушава действието на отразяващите лица AOB, BOC и AOC.
За широкото приложение на ъгловите рефлектори вече говорихме. "Най-старият" от тях - рефлекторите, може да си представим като набор от рефлектори-призми, подредени така, че ръбовите ъгли,образувани от отразяващи повърхности, лежат в една и съща равнина и са завъртани една спрямо друга под различни ъгли. Всяка такава призма отразява "назад" лъчите, перпендикулярни на ръба на двустенния ъгъл. Ето защо рефлекторът изглежда светещ.
В ежедневната практика в навигационния радар се използват ъглови рефлектори от типа, показан на фигура 1, c. Например шамандурите и шамандурите, оборудвани с такива рефлектори, стават по-видими за радарите. С помощта на рефлектори, прикрепени към метеорологичните балони, радарният метод определя скоростта и посоката на вятъра на голяма надморска височина.
Оптичните ъглови рефлектори са уникални по своето приложение в космическите изследвания. Рефлектор, поставен на изкуствен спътник на Земята или на космически кораб, позволява да се определи разстоянието до тези обекти с много висока точност. В този случай лазерен лъч се използва като локатор.
През 1968 г. ъгловият рефлектор е доставен от екипажа на американския космически кораб Аполо II на Луната. Година по-късно на Луната се появи втори ъглов рефлектор - инсталиран на съветската автоматична самоходна машина Луноход -1. Изработен е по реда на международното сътрудничество от френски специалисти. Този рефлектор се състои от 14 тетраедрични пирамиди, направени от разтопен силициев диоксид. Отразяващата гоани на всяка призма е покрита с тънък слой сребро, който е защитен от слой пръскан кварц; повърхността на призмите е шлифована с точност 0,07 µm (т.е. размерите на грапавостта не надвишават 0,07 µm).
Използването на ъглови рефлектори, доставени на Луната, направи възможно измерването на разстоянието Земя-Луна с много висока точност с помощта на локатор на лазерен лъч. - до 0,1 метра.
дадениНашите примери далеч не изчерпват разнообразието от приложения на просто и надеждно устройство - ъглов рефлектор.