什么是逆反射器（Retroreflector）？

逆反射器是一种光学设备，旨在以最小的散射将光线反射回光源。与向不同方向散射或折射光线的反射镜、透镜或棱镜不同，逆反射器可确保入射光线被引导回其源头。这种反射与入射光的路径相同，但方向完全相反。逆反射器使用的材料多种多样，从相对便宜的塑料到昂贵的精密光学器件，不一而足。这些设备通常用于各种应用，包括测量、天文、交通安全和通信。

用于确定反射镜性能的两个关键角度是

入射角 (ß)： 照明方向与反射镜表面法线之间的夹角。

观察角 (α)： 照明方向与观察方向之间的夹角。它通常很小，通常为一度或更小。

逆反射器的工作原理

逆反射器的构造形式多种多样，包括 90 度角立方体或带反射衬底的高折射率透明球体。它们采用的设计是利用三个对称平面组成立方体的内角。当光线照射到立方体的第一个面时，会经过一系列反射，然后返回光源。

在黑色光线的情况下，光线首先从 S1 反转到 S2 的相邻面，然后偏转到立方体内部的第三个平面 S3。最后，光线会沿着来时的路径重新定向回原始光源。

对于蓝色光线，光线首先照射到 S3 面，然后反射到 S2 面，再偏转到 S1 面。然后，它又沿着来时的路径反射回光源。

这一独特的过程可确保入射光有效地被引导回原点，并将散射或偏差降到最低。这种内部反射机制的精确性使逆反射器能够有效地将光线送回光源，而不受光线接近逆反射器的角度的影响。

逆反射器的类型

逆反射器有多种类型，每种类型都以不同的方式反射光线：

玻璃珠反射面： 这种逆反射器利用玻璃球收集光线并将其反射到光源处。玻璃珠的圆形有助于其逆向反射，使其能够有效地反射光线。玻璃珠反射面利用全内反射原理将平行光线反射回光源。

棱镜反光表面： 棱镜式逆反射器与玻璃珠表面类似，也能将光线反射回光源。不过，它们通过棱镜一样的锐角来实现这一目的，这使它们比玻璃珠表面更有效。因此，棱镜式逆反射器能产生更明亮、更强烈的回光。

角反射镜 角反射器是一种常见的逆反射器，如角立方棱镜。这些逆反射器由三个相互正交的镜面组成，可确保入射光沿其原始路径以相反的方向反射回来。

猫眼式反光镜： 这种逆反射器将聚焦透镜与曲面镜结合在一起。也可以使用具有适当折射率的玻璃球来实现。这一概念的灵感来自猫眼，猫眼的晶状体和视网膜会产生不完美的逆反射效果。

非线性逆反射器： 这些逆反射器以受激布里渊散射为基础，在非线性材料内的布拉格光栅上进行反射。相对于传入光波和反射光波，可自动保持精确逆反射的方向。这意味着反射光束会沿着与入射光束相同的路径返回光源，但方向相反。此外，反射光束的光频也会下移。非线性逆反射对足够高的入射光束输入强度有效，但反射率有限。
逆反射器的应用

逆反射器的应用多种多样，在这些应用中，保持反射光束的方向至关重要，即使没有反射装置的精确定位也是如此。

在阿波罗任务中，放置在月球上的逆反射器可以进行飞行时间测量，从而精确测量地球与月球之间的距离。这种技术被称为月球激光测距，可增强远距离接收到的反射光量。

各种卫星都配备了反向反射器，以方便对其位置进行激光跟踪。这一功能有助于从地面站对卫星进行监测和精确定位。

路标和车辆（如自行车）上也使用了这种装置，以提高在汽车大灯照射下的可见度。虽然在这些情况下不需要精确的逆反射，但不完全逆反射器的定向特性可提高驾驶员的能见度。

条形码标签采用了逆反射材料，可以在很远的距离进行扫描。这一特性提高了各行各业的效率和便利性。

它们被用于干涉仪和光延迟线，以避免过于关键的对准问题，尤其是在有移动部件的系统中。这确保了测量的准确性和性能的稳定性。

总之，逆反射器可为不同领域提供实用的解决方案，实现精确测量、提高可视性并简化光学设置。