菲涅尔_菲涅尔双棱镜干涉数据实验

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菲涅尔公式是啥

菲涅尔公式：用来描述光在不同折射率的介质之间的行为。用公式推导出的光的反射称之为“菲涅尔反射”。

菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀。菲涅尔（Augustin.Fresnel)发明的菲涅尔，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。

通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。

孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。而法国物理学家兼工程师菲涅耳亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。

根据史密森学会的描述，1823年，第一枚菲涅尔透镜被用在菲涅尔了吉伦特河口的哥杜昂灯塔（Phare de Cordouan）上菲涅尔；透过它发射的光线可以在20英里（32千米）以外看到。

苏格兰物理学家大卫·布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔中使用这种透镜的推动者。

其工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。

菲涅尔效应是什么

菲涅尔效应（Fresnel Effect）

当光从一种具有折射率为的介质向另一种具有折射率为的介质传播时菲涅尔，在两者的交界处（通常称作界面）可能会同时发生光的反射和折射。菲涅尔方程描述了不同光波分量被折射和反射的情况。也描述了波反射时的相变。

如果你站在湖边菲涅尔，低头看脚下的水菲涅尔，你会发现水是透明的，反射不是特别强烈菲涅尔；如果你看远处的湖面，你会发现水并不是透明的，但反射非常强烈。这就是“菲涅尔效应”。

简单的讲，就是视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直表面时，夹角越小，反射越明显。如果你看向一个圆球，那圆球中心的反射较弱，靠近边缘较强。不过这种过度关系被折射率影响。

菲涅尔 Fresnel

奥古斯汀·菲涅耳 Augustin Fresnel (1788～1827)菲涅尔，法国土木工程师兼物理学家。

菲涅耳的科学成就主要有两方面菲涅尔：

一是 衍射 ，菲涅尔他以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯－菲涅耳原理。他的实验具有很强的直观性、明锐性，很多仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏，如菲涅尔：双面镜干涉、波带片、菲涅耳镜、圆孔衍射等。

另一成就是 偏振 ：他与阿拉戈一起研究了偏振光的干涉，肯定了光是横波菲涅尔；发现了圆偏振光和椭圆偏振光，用波动说解释了偏振面的旋转；推出了反射定律和折射定律的定量规律，即菲涅耳公式；解释了E.－L.马吕斯的反射光偏振现象和双折射现象，从而建立了晶体光学的基础。

每种材质都带有菲涅尔数值，这是根据其折射率来决定的。这个值表明了会有多少光线从物体表面被反弹，以及又有多少光线被吸收。

简单的讲，当视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直表面时，夹角越小，反射越明显。这就是“菲涅尔效应”。

如果站在湖边，低头看脚下的水，会发现水是透明的，反射不是特别强烈；如果看远处的湖面，会发现水并不是透明的，反射非常强烈，可以看到很多景物的倒影：

渲染中同理，当摄像机侧对物体表面时，会比摄像机正对表面反射更多的光线。开启Fresnel渲染结果会更接近现实物理世界，整体上感觉更真实。

以下是一个Glossy Fresnel效果开启和关闭对比图：

当光通过不同的介质界面时，入射光分为反射光和折射光两部分，折射定律和反射定律决定了他们的方向，而这两部分光的强度和振动的取向，都需要用电磁理论中的“菲涅耳公式”来解释。

菲涅尔公式是光学中的重要公式，能够解释反射光的强度、折射光的强度、相位与入射光的强度的关系。

菲涅尔公式（或菲涅尔方程），用来描述光在不同折射率介质之间的行为。由公式推导出的光的反射称之为“菲涅尔反射”。

在光学里，菲涅尔衍射指的是光波在近场区域的衍射。

菲涅尔现象几乎存在于90%的反射现象里面。

简单的讲，就是视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直于表面时，夹角越小，反射越明显。如果看向一个球体，球体中心的反射较弱，靠近边缘较强，这就是菲涅尔衍射。

不同材质的菲涅尔效应强弱不同，导体(如金属)的菲涅尔反射效应很弱，就拿铝来说，其反射率在所有角度下几乎都保持在86%以上，随角度变化很小，而绝缘体材质的菲涅尔效应就很明显，比如折射率为1.5的玻璃，在表面法向量方向的反射率仅为4%，但当视线与表面法向量夹角很大的时候，反射率可以接近100%，这一现象也使得金属与非金属看起来不同。

在图形学中，我们也可以加入菲涅尔反射效应，以使玻璃，瓷器，水面等物体的反射显得更真实。

菲涅尔透镜，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆（即菲涅尔带），它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。

此设计原来被应用于灯塔，这个设计可以建造更大孔径的透镜，其特点是焦距短，且比一般的透镜的材料用量更少、重量与体积更小。和早期的透镜相比，菲涅耳透镜更薄，因此可以传递更多的光，使得灯塔即使距离相当远仍可看见。

由一系列同心扁长椭圆构成，位于发射天线和接收天线系统之间及其周围的空间区域。

该概念用于理解和计算位于发射器和接收器之间的波（例如声波、无线电波）的强度。

菲涅尔的法国物理学家

1806年毕业于巴黎工艺学院菲涅尔，1809年又毕业于巴黎路桥学院菲涅尔，并取得土木工程师文凭。大学毕

业后菲涅尔的一段时期，菲涅耳倾注全力于建筑工程。 从1814年起，他明显地将注意力转移到光的研究上。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。菲涅耳在1823年被选为法国科学院院士。1825年被选为英国皇家学会会员。 他的科学研究是在业余时间和艰苦的条件下进行的，这花费了他有限的收入并损害了他的健康。

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。杨关于衍射的论文。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中曾经问道菲涅尔：“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，就好像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”。

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。1827年7月14日他因患肺病，在阿夫赖城逝世。在只有39岁的短暂一生中，菲涅耳对经典光学的波动理论作出了卓越的贡献。 菲涅耳的科学成就主要有两方面。一是衍射，他以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯－菲涅耳原理。他的实验具有很强的直观性、明锐性，很多仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏，如：双面镜干涉、波带片、菲涅耳镜、圆孔衍射等。另一成就是偏振：他与阿喇戈一起研究了偏振光的干涉，肯定了光是横波(1821)；他发现了圆偏振光和椭圆偏振光(1823)，用波动说解释了偏振面的旋转；他推出了反射定律和折射定律的定量规律，即菲涅耳公式；解释了E.－L.马吕斯的反射光偏振现象和双折射现象，从而建立了晶体光学的基础。

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