什么是 菲涅耳反射 啊？请具体解释，急

Posted 2023-04-20

菲涅耳公式
一、菲涅耳公式
电磁波通过不同介质的分界面时全发生反射和折射．这一关系可由菲涅耳公式表达出来．上节提到的在反射过程中发生的半波损失问题，就可以用这个公式来解释．这一公式对以后讲到的许多光学现像都能圆满地加以说明.
菲涅耳公式的内容说明如下:
引言：在任何时刻，我们都可以把入射波、反射波和折射波的电矢量分 成两个分量,一个平行于入射面,另一个垂直于入射面．有关各量的 平行分量与垂直分量依次用指标p和s来表示．以i1、i1′和i2分别表示入射角、反射角和折射角,它们确定了各波的传播方向(在大多数情况下,只要注意各波的电场矢量即可,因为知道了各个波的传播方向,各波的磁场矢量就可按右螺旋关系确定)．以A1、A1′和A2来依次表示入射波、反射波和折射波的电矢量的振幅，它们的分量相应就是Ap1、Ap1′、Ap2 和As1 、As1′、As2．由于三个波的传播方向各不相同,必须分别规定各分量的某一个方向作为正方向，这种规定当然是任意的．但是只要在一个问题的全部讨论过程中始终采取同一种正方向的选择，由此得到的各个关系式就具有普遍的意义．图中xy平面为两介质的分界面,z轴为法线方向，xz平面为入射面．规定电矢量的s分量以沿着+y方向的为正，这对于入射、反射和折射三个波都相同．图中I、II、III三个面依次表示入射、反射和折射三个波的波面．电矢量的p分量沿着这三个波面与入射面的交线,它们的正方向分别规定为如图所示。且s分量、p分量和传播方向三者构成右螺旋关系．

在传播过程中,电矢量的方向是在不断变化的，我们所注意的仅是在反射、折射过程这一瞬时的变化,所以菲涅耳公式所表示的有关各量的方向都是指紧靠两介质分界面O点处而言的(在图中为消楚起见,将通过O点的三个波面I、II、III画在离开O点较远之处)．菲涅耳公式包括下列四式

前两式表示反射波的两个分量和入射波两个对应分量之比;后两式表示折射波和入射波两个对应分量之比,振动方向的变化则由正负号来决定．
注意 应当注意各分量量值之比是相对于入射波来计算的,但振动方向则分别按照各波的上述规定,不是直接相对于入射波作比 较(s分量还可比较,p分量则无法简单地用正负号来直接表示出各波之间的振动方向关系)．

对通常的入射光波来说，As1和Ap1两分量的振动方向都可认为是正的,量值可认为彼此相等．这是因为对于通常的热光源所发的光,在垂直于传播方向的平面(波面)内电矢量(以及磁矢量)可以在任何方向振动,这些振动中的每一个矢量都在毫无规则地非常迅速地改变着．我们观察到的仅是它们的平均位值(关于这一点，将在第五章中进一步阐明)．因而我们可以运用标量近似处理来代替矢量波．在随意选定了任何两个互相垂直的方向(例如s和p两个方向)之后,就可以把任一振动的振幅A沿所取的方向分成和两个分量．在平均效应中没有任何特殊理由必须认为那一个是正,那一个是负,因而通常就认为它们都是正的．这两个分振动的平均能量为

由此可知,.
既然入射光诸振动分量都看作是正的，所以菲涅耳公式中的符号,可以认为只是对反射和折射光而言的，反射光和折射光都是在入射点突然改变传播方向的,因此,一般地说,电矢量也将在这里突然改变方向．

详细分析：它不能简单的用入射光位相怎样改变来说明，因为正负值仅是相对于各自规定的方向说的，而要通过菲涅耳公式及有关的符号规定来分析。这样，既可以解释一束光垂直入射或掠射时反射光相对于入射光的半波损失问题，又可以解释两束不同情况下的反射光之间的额外程差问题。至于符号到底是否改变，取决于入射角的大小和折射角，换句话说，取决于入射角和介质的折射率。

二、半波损失的解释
现在用菲涅耳公式来解释半波损失问题。在洛埃镜实验中，光从空气入射到玻璃，即 。按折射定律 ，知道 。由于 ， ，令入射光中的As1，Ap1均取正值，所以 ； 。

从图中可以看到,在i1=90°的掠射情况下,入射光和反射光的传播方向几乎相同,它们的波面I和II几乎相互平行．此时,对Ap1′和Ap1规定的正方向也几乎相同,由于在无限靠近界面处反射光中电矢量的两个分量都取负值,而且满足 ,它们的合矢量几乎与这里入射光中的合矢量方向相反．在波的航进路程上,通常是每隔半个波长,振动矢量的方向相反．现在则是在同一地点(界面上的入射点)，而不是相隔半个波长处,仅是由于反射过程，振动方向就变成相反了．所以称为半波损失(这是对电矢量说的,根据E、H和传播方向三者之间所构成的右螺旋关系可知,磁矢量在这情况中,也同样产生半波损失)．
在维纳驻波实验中,i1几乎等于零．仍设n1＜n2，即i1＞i2,得As1′＜0;Ap1′＞0．但按照各自规定的正方向,反射光中的As1′和Ap1′都分别与入射光中的As1和Ap1反向，而且满足 ,这就是说合矢量反向．这也是在同一地点(入射点)而不是相隔半个波处,仅仅是由于反射过程使振动方向变成相反．所以在这情况中(i1≈0)也发生了半波损失．这也是对电矢量说的．由于这里反射光和入射光的传播方向是相反的,所以磁矢量的方向不变,不产生半波损失．因此,介质表面对驻波中的电矢量来说是波节,但对磁矢量来说仍应该是波腹．维纳实验所用感光乳胶在介质表面上不感光表示对感光作用说,电矢量是主要的．此处磁矢量虽是波腹，但乳胶并不感光,说明磁矢量对感光不起作用．这一结果是容易解释的，因为电磁波的磁矢量作用在电子上的洛仑兹力qvB比电矢量的作用力qE小得多,其比值为v2/c2,式中v和c分别为电子的速度和光速,一般可以略去不计．
总结洛埃镜实验和维纳实验,可得这样的结论:入射光在光疏介质(n1小)中前进,遇到光密介质(n2大)的界面时,在掠射(i1≈90°)或正射(i1≈0)两种情况下,反射光的振动方向对于入射光的振动方向都几乎相反,都将在反射过程中产生半波损失,这是仅对电矢量而言的．在光的效应中,一般仅考虑电矢量的作用．正是这个原因，我们常把电场矢量称为光矢量,电场称为光场．入射光在光密介质中前进，遇到光疏介质的界面而反射时(n1＞n2)，不产生半波损失．
由上可知，不论在掠射或正射时,相对于入射光的振动方向,折射光的振动方向永远不发生半波损失．

参考资料：http://baike.baidu.com/view/1248306.html

参考技术A 十九世纪伟大的光学家：菲涅尔

早逝的英才
菲涅耳于1788年出生在诺曼底省的布罗格利，当时法国革命即将爆发。他的父亲是一位建筑家，他的母亲是梅里美家族的成员。这个家族由于她的兄弟莱翁诺而著名。他是一位名画家，他的儿子即菲涅耳的表兄弟普罗斯佩．美是一位著名的文学家，他的短篇小说《卡门》是著名歌剧的主题，由此使得人们永远怀念他。
菲涅耳和他在光学上的主要竞争对手托马斯．杨不同，他智力发展较迟，对语言研究也不擅长。但在九岁时，菲涅耳开始显露出了非凡的技术才能，他依据科学原理制成了一种玩具枪、弓和箭。他的身体不太好，但十六岁时就进入理工学校学习，然后又从那里转到了土木工程学校。他在政府里任工程师，在法国各省修建道路和桥梁。在与科学界完全隔绝的情况下，他在那里开始把研究光的性质作为一种业余爱好。1814年他给他最亲密的兄弟莱翁诺写了一封信，要求给他买一些能用来学习光偏振的书籍。他毫不怀疑，他最后必将写出他想要读的书。
1815年拿破仑从厄尔巴岛回到了法国，他是在前一年战败后被欧洲列强关禁在岛上的。于是一股热情的狂潮震撼着整个法国，同时也受到了拿破仑反对者同样强烈情绪的抵制。菲涅耳是反对拿破仑的人物之一，为此重建的百日帝国革除了他的职务，先后把他送到了尼翁和马蒂厄村关禁起来。由于滑铁卢之战后波旁家族第二次回来掌权，菲涅耳才在1815年底恢复了积极的活动。
然而就在这几个月内菲涅耳已经开始了好几项足以引起光学革命的研究。他观察了来自一个半平面的衍射，并依靠他的数学技巧，把周期振动概念与惠更斯原理的精确表述结合起来，对衍射现象提出了一个细致的理论。菲涅耳设法离开了他的禁闭地点，到巴黎去拜访了阿拉戈，当时著名的科学家。阿拉戈立即发现了他的才能。不幸的是，阿拉戈不得不坦率地告诉他，他得到的结果在很大程度上已由杨占先了。但是，菲涅耳的工作更为详细和定量化，它有着足够的创新性，因而可以在科学院院刊上发表。在这篇论评文发表后不久，他接着又发表了同一课题的第二篇论文。阿拉戈和以研究陀螺仪著名的数学家普安索被指定为菲涅耳论文的审查人。他们从菲涅耳的上司那里为他得到了一个假期。以便他利用阿拉戈的实验设备在巴黎研究几个月。
菲涅耳在马蒂厄进行研究时得到一个乡村铁匠的帮助，制造出一些实验工具来使用，但衍射现象的研究却需要清密的机械工具，例如测微计、狭缝等，他没有别人的帮助是难以制造出来的。这之后，菲涅耳从衍射现象的研究转到了薄片颜色的研究。在这方面，杨依然是走在前面的佼佼者。1818年被阿拉戈和拉普拉斯引荐参加法国灯塔照明改组委员会。1823年被吸收为巴黎科学院院士，1827年获伦敦皇家学院伦福德奖章。他依靠微薄的收入维持自己的科学研究工作。只是到了1823年才得到承认被选入法国科学院，用于科学研究上的债务才得以偿清，但他的健康已受到很大损害。1824年因大出血而不得不终止了一切科学活动。菲涅耳于1827年因肺病卒于巴黎附近的阿弗雷城，终年三十九岁。
菲涅耳一生是一个非常虔诚的人，富有冉森教派的宗教思想。他也有点害羞。他在这与给兄弟的一封信中说，“我很难发现有任何事如应酬人们那样痛苦的了，我坦白承认，我真不知道如何去应酬他们。”
菲涅耳的光学成就
1815年，菲涅耳向科学院提交了关于光的衍射的第一份研究报告，这时他还不知道托马斯．扬关于衍射的论文。菲涅耳以光波干涉的思想补充了惠更斯原理，认为在各子波的包络面上，由于各子波的互相干涉而使合成波具有显著的强度，这给予惠更斯原理以明确的物理意义。但同托马斯．杨所认为的衍射是由直射光束与边缘反射光束的干涉形成的看法相反，菲涅耳认为屏的边缘不会发生反射。阿拉戈热情地报告了这篇论文，并第一个改信了波动说。
但是，波动说在解释偏振光的干涉现象上还存在着很大的困难。牛顿在《光学》疑问26中曾经问道：“光线不是有几个边缘，它们各有一些原来的性质吗？”是双折射现象引起了这一疑问。菲涅耳和阿拉戈总结了偏振光的干涉规律，发现两束偏振光当它们的反射面互相平行时可以发生干涉；但当反射面互相垂直时，干涉现象就消失。就是说，两束互相垂直的偏振的光线，彼此不发生干涉作用，而原来偏振方向相同的两束光，就好象寻常光线一样地可以发生干涉。
1817年，一直在为波动说的困难寻找解决办法的托马斯．杨觉察出，如果光的振动不是象声波那样沿运动方向作纵向振动，而是象水波或拉紧的琴弦那样垂直于运动方向作横向振动，问题或许可以得到解决。1817年初，杨写信给阿拉戈说：“……虽然波动说可以解释横向振动也在径向方向并以相等速度传播，但粒子的运动是在相对于径向的某个恒定方向上，而这就是偏振。”阿拉戈立即将托马斯．杨的这一新想法告诉了菲涅耳，菲涅耳当时已经独立地领悟到了这个思想，他立即以这一假设解释了偏振光的干涉的定律，而且还得出了一系列其他的重要结论，其中包括偏振面转动理论，反射和折射理论，双折射理论。但是，光振动是横向的这个假设是非常大胆的，因为根据弹性理论，在稀薄的以太里是不可能产生横向振动的。所以，阿拉戈虽然和菲涅耳一起进行了关于偏振光干涉的研究，而当菲涅耳用横波观点对实验结果进行解释时，阿拉戈却不敢和他一起发表这个新见解。论文的这一部分是以菲涅耳的名义表达的。
后来，菲涅耳把所有观察的结果总结成为一个完整的偏振光理论，其中包括相干概念和椭圆偏振。他发现了晶体中的波面，和支配反射光与折射光强度的定律。所有这些都是一些重大成就，由此建立了尚待解释的现象学。观察在真空内传播光的媒质―以太的性质，这本应是最大的成就。但是菲涅耳在这里遇到了不可克服的困难。
1818年，法国科学院提出了征文竞赛题目：一是，利用精确的实验定光线的衍射效应；二是，根据实验，用数学归纳法推求出光线通过物体附近时的运动情况。在阿拉戈的鼓励与支持下，菲涅耳向科学院提出了应征论文，他从横波观点出发，圆满地解释了光的偏振，用半周带的方法定量地计算了圆孔、圆板等形状的障碍物产生的衍射花纹，而且与实验符合得很好。但是，菲涅耳的波动理论遭到了光的粒子说者的反对，评奖委员会的成员泊松运用菲涅耳的方程推导出关于盘衍射的一个奇怪的结论：如果这些方程是正确的，那么当把一个小圆盘放在光束中时，就会在小圆盘后面一定距离处的屏幕上盘影的中心点出现一个亮斑；泊松认为这当然是十分荒谬的，所以他宣称已经驳倒了波动理论。菲涅耳和阿拉戈接受了这个挑战，立即用实验检验了这个理论预言，非常精彩地证实了这个理论的结论，影子中心的确出现了一个亮斑。在托马斯．杨的双缝干涉和泊松亮斑的事实的确证下，光的粒子说开始崩溃了。
菲涅耳的研究成果，标志着光学进入了一个新时期―弹性以太光学的时期。这个学说的成功，在牛顿物理学中打开了第一个缺口，为此他被人们称为“物理光学的缔造者”。

菲涅尔镜片的原理和应用(里面有图)
http://www.picavr.com/news/2008-02/4200.htm 参考技术B 所谓菲涅尔反射就是用波动的理论来解释光的反射。
主要包括一些电磁场的边界传输条件，比如P矢量和S矢量的反射，菲涅尔用波动学说第一次从本质上解释了光的传播，而之前人们只能从宏观上进行试验，无法从微观的理论上获得支持。然而缺少微观理论支持的定律总是空虚的，随时都可能被推翻的。本回答被提问者采纳

Unity Shader菲涅耳反射(Fresnel)

菲涅尔反射经常用于汽车表面的材质，普通的反射看上去比较粗略，菲涅尔的效果和镜面效果会让汽车表面看的更有质感，并且创建一种边缘光照的效果。

不是所有的表面都要相同数量的菲涅尔光照，想汽车表面的话需要高强度的菲涅尔反射，但是塑料材质的只需要迟钝点的强度就可以了。

下面我们看下效果：

我调出来的效果：

不知道是版本原因还是其他原因，书上的那种效果我没有调处来，我们看下书上调出来的效果：

感觉书上的这种更有质感，有知道方法的告知。

下面我们看下shader脚本：

Shader "MyShaders/FresnelReflections" 

	Properties
	
		_MainTint("Diffuse Tint", Color) = (1,1,1,1)
		_MainTex("Base (RGB)", 2D) = "white" 
	_Cubemap("Cubemap", CUBE) = ""
	_ReflectionAmount("Reflection Amount", Range(0,1)) = 1
		_RimPower("Fresnel Falloff", Range(0.1, 8)) = 2
		_SpecColor("Specular Color", Color) = (1,1,1,1)
		_SpecPower("Specular Power", Range(0,1)) = 0.5
	

		SubShader
	
		Tags "RenderType" = "Opaque" 
		LOD 200

		CGPROGRAM
#pragma surface surf BlinnPhong
#pragma target 3.0

		samplerCUBE _Cubemap;
	sampler2D _MainTex;
	float4 _MainTint;
	float _ReflectionAmount;
	float _RimPower;
	float _SpecPower;


	struct Input
	
		float2 uv_MainTex;
		float3 worldRefl;
		float3 viewDir;
	;

	void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o)
	
		half4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);

		float rim = 1 - saturate(dot(o.Normal, normalize(IN.viewDir)));
		rim = pow(rim, _RimPower);

		o.Albedo = c.rgb * _MainTint.rgb;
		o.Emission = (texCUBE(_Cubemap, IN.worldRefl).rgb * _ReflectionAmount) * rim;
		o.Specular = _SpecPower;
		o.Gloss = 1.0;
		o.Alpha = c.a;
	
	ENDCG
	
		FallBack "Diffuse"

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