Sự phản xạ ánh sáng
Sự phảnxạ ánh sáng (và cácdạng kháccủa bức xạ điện từ) xảy ra khisóng
chạmphải một bề mặt hoặc một ranhgiới khác không hấp thụ năng lượngbức xạ
và làm bật sóng ra khỏi bề mặtđó.Thí dụ phảnxạ ánh sáng đơngiản nhất là bề
mặtcủa một hồ nước phẳnglặng, ở đó ánh sáng tới bị phản xạ theo kiểu có trậttự,
tạo ra ảnh rõràng củaquang cảnh xungquanh hồ. Ném một hòn đá xuống hồ (xem
hình 1), và nước bị nhiễuloạn hìnhthành sóng, làmphá vỡ sự phản xạ bởi nó làm
tán xạ cáctia sángphản xạ theo mọi hướng.
Một số lời giải thíchsớm nhất cho sự phản xạ ánhsáng xuấtphát từ nhà toán
học HyLạp cổ đại Euclid,ngườiđã dẫn ra một loạt thí nghiệmvào khoảng năm 300
trướcCôngnguyên, và cóvẻ đã có một sự hiểu biết tốt về cách ánhsáng bị phản xạ.
Tuy nhiên, phải mấthơn một thiên niênkỉ và 5 thế kỉ nữa thìnhà khoahọc người
ArabAlhazenmới đề rađược một định luật mô tả chính xác điều xảy ravới tia
sáng khinó chạmphải một bề mặt phẳng và rồibậttrở lại vàokhông gian.
Sóng ánh sángđến gọi là sóngtới, và sóng bật khỏibề mặt gọi làsóng phản
xạ.Ánh sáng trắng khả kiến có hướng đi đến bề mặt gươngở một góc (tới) bị phản
xạ trở lại vào không gian bởi mặtgương ở mộtgóc khác (góc phản xạ) bằngvới
góc tới,như biểudiễn trên hình2 cho hoạtđộngcủa chùm tia sáng phátra từ đèn
flash tác dụnglên bề mặt gương phẳng, nhẵn. Như vậy,góc tới bằng với góc phản
xạ đối với ánh sángkhả kiến cũng như mọi bước sóng khác thuộcphổ bức xạ điện
từ. Ý tưởng nàythường được gọi là định luật phản xạ.Điều quan trọng cầnlưu ý là
ánh sáng không tách thành cácmàu thànhphần của nódo nó khôngbị “bẻ cong”
hoặc bị khúc xạ, và mọi bước sóngđều bị phản xạ ở góc bằngnhau. Bề mặt phảnxạ
ánh sáng tốt nhất phải rất nhẵn,ví dụ như gương thủy tinhhoặc mặt kim loại láng
bóng, mặc dù tất cả mọi bề mặt đều phản xạ ánh sáng ở mức độ nào đó.
Do ánh sáng hành xử trong một số kiểu giống như sóngvà trong một số kiểu
khác lại giống như hạt,nên một vài lí thuyết phản xạ ánh sáng độc lậpnhauđã ra
đời. Theothuyết sóng, sóng ánhsáng trải ra từ nguồn phát theo mọi hướng, và va
chạmlên gương,bị phản xạ ở góc được xác địnhbởi góc màánhsáng đi tới. Quá
trìnhphản xạ làm đảongược sóngsau ratrước, đó là lí dotại sao người ta lại nhìn
thấyảnhlộn ngược. Hình dạng của sóngánh sáng phụ thuộc vào kích thướccủa

khôngphản xạ hết mọi bước sóng,donó hấp thụ hết đa phần thànhphần lụcvà
lam,và phản xạ ánh sáng đỏ. Ánh sáng khuếch tán phản xạ từ những bề mặt gồ ghề
cũng bị tán xạ ra theo mọi hướng.
Có lẽ thí dụ tốt nhất củasự phản xạ phản chiếu, màchúng ta bắt gặp trong
cuộc sống hàngngày, là ảnhgương tạo bởi một cáigương trongnhà mà ai cũngđã
từng nhiều lần đứng trước nósoi ngắm dungnhan mình. Bề mặt thủy tinhphản
chiếunhẵn bóng của gương tạo ra mộtảnhảo của người quansátdoánh sáng
phản xạ đi thẳng trở lại vàomắt. Ảnh này đượcgọi là ảo donó không thậtsự tồn
tại (khôngcó ánh sáng đượctạo ra) vàxuất hiện phía saumặt phẳng gương dogiả
định mà não ngườivốn dĩ gây ra. Cách thứcđơn giản nhất để thấy xuất hiện ảnh
này là hãy hình dung khinhìn sự phản xạ của mộtvật đặtnằm về một phía của
người quan sát,sao cho ánhsáng đi từ vật chạm tới gươngở một góc nàođó và bị
phản xạ ở một góc bằng như vậy tới mắt củangười quan sát. Khi mắt nhận được
các tia phảnxạ, não người đã giả địnhrằng ánhsáng đi tới mắt theo lộ trìnhđường
thẳngtrực tiếp. Lần ngược theocác tiasáng đivề phía gương,não thu đượcmột
ảnh nằm phíasau gương. Đặc điểmthú vị của sự phản xạ này là ảnh của vật được
quan sát thấyphía saumặt phẳng gương,nằm cách gươngmộtkhoảng bằng với
khoảng cách từ gương tới vật thật nằm ở phía trướcgương.
Loại phản xạ nhìn thấy trong gương phụ thuộc vào hình dạng củagương và,
trong một số trườnghợp, cònphụ thuộc vào khoảng cách từ vật tới gương.Các
gương không phải lúc nào cũngphẳngvà có thể tạo ra nhiềuhìnhthể đa dạng
mang lạinhững đặc trưngphản xạ lí thú và hữu ích. Các gương lõm, thườngthấy
trong những chiếc kínhthiên văn quang học cỡ lớn, đượcdùng để thu thậpánh
sáng yếuớt phát ra từ nhữngngôi sao rất xa xôi. Bề mặt cong của gương tập trung
các tia sáng song song đến từ khoảng cách lớn vào một điểm cho cường độ cao.
Thiết kế gương này cũng thường thấy ở gương cạohoặc gương trang điểm, nơi
ánh sáng phản xạ tạo ra ảnh phóngto của khuôn mặt. Phần bên trong của một cái
thìa sángbóng làví dụ phổ biến của bề mặtgương lõm, và cóthể được dùng để
chứng minhmột số tính chất của loại gương này. Nếuphần bên trong của cái thìa
được giữ ở gần mắt, sẽ nhìn thấy mộtảnhphóng to trực diện của mắt (trong

của nóđối với gương. Trongtrường hợp,con cú mèo đặt nằm ngoài tâm cầu và
ảnh phản xạ bị lộn ngược và nằmgiữa tâm cầu củagương vàtiêu điểmcủa nó.
Gương lồi cóbề mặt phản xạ cong raphía ngoài, giống như phầnphíangoài
của hình cầu.Tiasáng songsong với trụcchính bị phản xạ khỏi bề mặt theohướng
phân kìkhỏi tiêu điểm nằm phía saugương (hình 5). Ảnhhình thành với gươnglồi
luôn luôncùng chiều với vật và kích thướcnhỏ lại. Những ảnh này cũng được gọi
là ảnh ảo, vì chúng xuất hiện nơi các tiaphản xạ có vẻ phân kì từ tiêu điểmnằm
phía saugương.
Phương pháp cắt đá quý là một trong những ứng dụng quantrọng về mặt
thẩmmĩ và vuithích của nguyênlí phản xạ ánh sáng. Đặc biệt trongtrường hợp
kim cương, vẻ đẹp và giá trị kinhtế của từng viên đá nàychủ yếu đượcxácđịnh
bởi tương quanhình họcở các mặt ngoài của đá. Cácmặt được cắt vào viên kim
cương saocho đa phần ánhsáng rơi vào mặttrước củaviên đá đều phản xạ trở lại
phía người quansát (hình 6).Một phần ánh sáng bị phảnxạ trực tiếptừ những
mặtbên ngoài phía trên, còn một số đi vào kimcương,sau khi phản xạ nội, lại bị
phản xạ ra khỏi viên đá từ nhữngbề mặtbên trong của các mặtphía sau.Những lộ
trìnhtia sáng nội này và sự phản xạ bội là nguyên nhân gây ra vẻ lấp lánh của kim
cương, thườngđược gọi là “lửa” của nó. Mộthệ quả thú vị của một viên đá được
cắt hoànhảo lànó sẽ chosự phản xạ rực rỡ khi nhìn từ phía trước, nhưng trôngnó
sẽ tối hơnhoặc mờ đi nếu nhìn từ phía sau,như minh họa trong hình 6.
Các tia sáng phản xạ khỏi gương theo mọi góc mà từ đó chúng tới. Tuy nhiên,
trong một số trườnghợp nhất định,ánhsáng chỉ có thể phản xạ từ một số gócchứ
khôngtheo những góc khác, đưađếnmộthiện tượnggọi là sự phản xạ nội toàn
phần. Hiện tượng này có thể được minh họa bởi mộttình huống trongđó một
người thợ lặn đanglàm việc phíadưới mặt nước hoàn toàn êm đềm chiếu mộtlóe
sáng trực tiếp thẳng lên bề mặt nước.Nếu ánh sáng chạm vuông góc với bề mặt
nước, nó sẽ tiếp tục đi ra khỏi nước theophươngthẳng đứng vào khôngkhí. Nếu
chùmánh sáng đitới bề mặt với một góc nhỏ,sao cho nó chạm tớibề mặt ở một
góc xiên, thì chùm tia sẽ ló ra khỏi nước, nhưng sẽ bị bẻ cong bởi sự khúcxạ về
phía mặt phẳngnước. Góchợp giữachùm tialó và mặtnướcsẽ nhỏ hơn góchợp

cụ quanghọc và thườnggồmáp dụng nhiều cơ chế khác nhauđể làm giảmsự phản
xạ khỏi bề mặt thamgia vào sự tạoảnh. Cơ sở của công nghệ chốngphản xạ là điều
khiểnánhsángsử dụngtrong dụngcụ quangtheo kiểu sao cho cáctia sáng phản
xạ khỏi bề mặt nơinó được mongđợi và có lợi, và không phản xạ khỏi bề mặtnơi
có ảnh hưởng có hạilên ảnh quan sát được. Mộttrong những tiến bộ nổi bật nhất
trong việc chế tạo thấu kính hiện đại, dùngtrong kính hiển vi,camera hoặc những
dụngcụ quangkhác, là thành tựu củacông nghệ phủ chống phản xạ.
Những lớp phủ mỏng loại vật liệu nhất định, khi áp dụng với bề mặt thấu
kính, cóthể giúp làm giảm sự phản xạ khôngmong muốn từ bề mặt cókhả năng
xảy ra khiánh sáng truyền qua hệ thấu kính. Nhữngthấu kính hiện đạiđược hiệu
chỉnhcao đối với sự quangsai, nói chung cónhiềuthấu kínhriêng rẽ, hoặc các đơn
vị thấu kính, và thường được gọi đúng hơn là hệ thấu kính hoặc hệ quangcụ. Mỗi
mặtphân giới không khí-thủy tinh trong một hệ như vậy, nếu không được phủ
chất làm giảm sự phản xạ, có thể phản xạ từ 4 đến5%chùm ánh sáng tới thông
thường khỏi bề mặt, kếtquả là giátrị truyền chỉ đạt 95 đến 96% ở sự tới bình
thường. Ứngdụng củalớp phủ chốngphản xạ dày 1/4bước sóngcó chiết suất đặc
biệt được chọncó thể làm tănggiá trị truyền thêm 3 tới 4%.
Vật kínhhiện đại dùngcho kínhhiển vi, cũngnhư dùng chocameravà các
quangcụ khác, ngày càng trở nên phức tạp và tinh vihơn, và có thể gồm 15 hoặc
nhiều hơn đơnvị thấu kính ghép lại với nhiều mặtphân giới thủy tinh-khôngkhí.
Nếu không cóđơn vị nào đượcphủ chất, sự thất thoát do phản xạ trongthấu kính
khỏi tia trục sẽ làm giảmgiá trị truyền đi khoảng 50%. Trước đây, nhữnglớp phủ
đơn lẻ đã đượcsử dụngđể làm giảm ánh chói và làm tăng sự truyền sáng, nhưng
những lớp nàydần bị thay thế bởi những lớp phủ nhiều lớp có thể mang lại giá trị
truyền trên 99,9%đối với ánh sáng khả kiến.
Hình 8 là giản đồ mô tả sóng ánh sángphản xạ từ một đơn vị thấu kínhcó hai
lớp phủ chống phản xạ. Sóng tới chạm phải lớpthứ nhất (lớp A trong hình 8)tại
một góc, kết quả làmột phần ánh sáng bị phảnxạ (R
0
)và một phầntruyền qualớp

thực hiện chứcnăng của chúng trong việc tạo ảnh trên cơ sở hiện tượng phảnxạ
ánh sáng.