retrorreflector
Un retrorreflector (a veces llamado retroflector o catafote ) es un dispositivo o superficie que refleja la radiación (generalmente luz) de regreso a su fuente con una dispersión mínima . Esto funciona en una amplia gama de ángulos de incidencia , a diferencia de un espejo plano , que lo hace solo si el espejo es exactamente perpendicular al frente de onda, con un ángulo de incidencia cero. Al ser dirigido, el reflejo del retroflector es más brillante que el de un reflector difuso . Los reflectores de esquina y los reflectores de ojo de gato son los tipos más utilizados.
Un conjunto de tres superficies reflectantes mutuamente perpendiculares, colocadas para formar la esquina interna de un cubo, funcionan como un retrorreflector. Los tres vectores normales correspondientes de los lados de las esquinas forman una base ( x , y , z ) en la que se representa la dirección de un rayo entrante arbitrario, [ a , b , c ] . Cuando el rayo se refleja desde el primer lado, digamos x, la componente x del rayo, a , se invierte en − a , mientras que y - y z-Los componentes no se modifican. Por lo tanto, como el rayo se refleja primero del lado x, luego del lado y y finalmente del lado z, la dirección del rayo va de [ a , b , c ] a [− a , b , c ] a [− a , − b , c ] a [− a , − b , − c ] y deja la esquina con las tres componentes de su dirección exactamente invertidas.
Los reflectores de esquina se presentan en dos variedades. En la forma más común, la esquina es literalmente la esquina truncada de un cubo de material transparente como el vidrio óptico convencional. En esta estructura, la reflexión se logra ya sea por reflexión interna total o por plateado de las superficies exteriores del cubo. La segunda forma utiliza espejos planos mutuamente perpendiculares que enmarcan un espacio de aire. Estos dos tipos tienen propiedades ópticas similares.
Se puede formar un retrorreflector grande relativamente delgado combinando muchos reflectores de esquina pequeños, utilizando el mosaico hexagonal estándar .
Otro tipo común de retrorreflector consiste en elementos ópticos refractores con una superficie reflectante, dispuestos de modo que la superficie focal del elemento refractivo coincida con la superficie reflectante, típicamente una esfera transparente y (opcionalmente) un espejo esférico. En la aproximación paraxial , este efecto se puede lograr con la divergencia más baja con una sola esfera transparente cuando el índice de refracción del material es exactamente uno más el índice de refracción n i del medio desde el cual incide la radiación (n ies alrededor de 1 para el aire). En ese caso, la superficie de la esfera se comporta como un espejo esférico cóncavo con la curvatura requerida para la retrorreflexión. En la práctica, el índice de refracción óptimo puede ser inferior a ni + 1 ≅ 2 debido a varios factores. Por un lado, a veces es preferible tener una retrorreflexión imperfecta, ligeramente divergente, como en el caso de las señales de tráfico, donde la iluminación y los ángulos de observación son diferentes. Debido a la aberración esférica, también existe un radio desde la línea central en el que los rayos incidentes se enfocan en el centro de la superficie trasera de la esfera. Finalmente, los materiales de alto índice tienen coeficientes de reflexión de Fresnel más altos, por lo que la eficiencia del acoplamiento de la luz del ambiente a la esfera disminuye a medida que el índice aumenta. Por lo tanto, las perlas retrorreflectantes comerciales varían en índice desde alrededor de 1,5 (formas comunes de vidrio) hasta alrededor de 1,9 (comúnmente vidrio de titanato de bario ).
El problema de la aberración esférica con el ojo de gato esférico se puede resolver de varias maneras, una de las cuales es un gradiente de índice esféricamente simétrico dentro de la esfera, como en el diseño de la lente de Luneburg . En la práctica, esto se puede aproximar mediante un sistema de esferas concéntricas. [2]
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