當人們看鏡子時，他們會看到玻璃後面的圖像。該圖像是由於光線遇到閃亮的表面並反射反射的光線產生的，提供了“鏡像”。人們通常認為反思是從左到右逆轉的。但是，這是一個誤解。如果您朝北看，直視鏡子，臉的東側仍位於圖像的東側，西側也是如此。鏡子不會將左圖的圖像逆轉到右；它將其倒在前面。例如，如果您面對北部，您的反射正面向南方。
光線的反射是幾何光學元件的主要方面之一。另一個是折射，或光線的彎曲。德克薩斯大學奧斯汀大學物理學教授理查德·菲茨帕特里克（Richard Fitzpatrick）表示，幾何光學元件是“通過透明媒體來處理光線通過透明媒體繁殖”的領域之一，德克薩斯大學奧斯汀大學的物理學教授，在講座上為課程提供了課程。電磁和光學。 （另一類是物理光學。）
幾何光學器件
根據三種定律，幾何光學元件將光線視為連續射線（與波浪或顆粒相反）。第一定律指出，光線以直線方式通過類似的透明媒體移動。第二個指出，當燈光遇到光滑，閃亮（或導電）的表面時，例如鏡子，射線從該表面彈起。第三法律規定了輕射線在兩個不同的媒體（例如空氣和水）之間傳遞時的行為。例如，當您看一杯水中的勺子時，勺子的淹沒部分似乎與預期的不同。發生這種情況是因為光線從一種透明材料（空氣）變成另一種（水）時會改變方向。
先生艾薩克·牛頓在他的經典1704年作品中奠定了幾何光學基礎”選擇。
反射
扁平表面的反射非常容易理解。反射似乎與鏡子的“另一側”相同，因為觀眾的眼睛與鏡子相同。同樣，當光從鏡子反射時，它以與擊中相反的方向相同的角度彈起。例如，如果光線以30度角撞擊平坦或“平面鏡”，則它將以30度角向右反彈。
但是，如果鏡面的表面彎曲，則表面的不同點的反射角度不同。光學設備中最常見的彎曲表面是球形鏡。如果鏡子是凸面或向外彎曲的，它將反映出一個更大的區域，其中圖像看起來比扁平鏡的區域較小且較遠。這些鏡子通常用於汽車上的外部後視鏡，並在商店中保持大面積的監視。
如果表面是凹形或向內彎曲的，則一組來自遠處的光線會反映回一個稱為焦點的單個位置。這通常會產生放大效果，例如在化妝鏡中看到的效果。鏡子的曲率半徑決定其放大因子和焦距。
牛頓用凹面的球形鏡子使他反射望遠鏡，由於業餘天文學家的簡單性，低成本和高度圖像質量，這種設計仍然在業餘天文學家中受歡迎。
在反射望遠鏡的牛頓式中，來自遙遠的物體的光線基本上是平行的（因為它們來自這麼遠），以相同的角度擊中凹的主鏡。然後，通過望遠鏡管向焦點反射射線。但是，在到達焦點之前，它們會撞到以45度角傾斜的次級平面鏡。次級鏡子將光線通過管側的孔轉移。眼鏡鏡頭然後將光線聚焦。這會產生放大圖像。同樣，由於鏡子聚集並集中光線，圖像看起來比肉眼更明亮。
球形鏡的形狀會影響所反映的圖像。鏡子邊緣附近的光線撞擊並不像在靠近中心的光線完全相同的位置。這導致所謂的球形像差。這種現象通常通過使用透鏡的組合或大型望遠鏡的情況來糾正這種現象，通過使用拋物線鏡，它們的形狀像圓錐形的圓錐體形狀，這些圓錐將所有光聚焦從源到單點。
折射
折射是光線的彎曲。通常，光線以直線行進，並在從一個透明介質到另一種介質（例如從空氣到玻璃）時改變方向和速度。
在真空中光速，稱為“ C”，是恆定的。但是，當光遇到透明材料時，它會減慢。材料導致光放慢的程度稱為材料的折射率，稱為“ n”。根據Physics.info，對於常見材料的N的近似值為：
- 真空= 1（根據定義）
- 空氣= 1.0003（在標準溫度和壓力下）
- 水= 1.33（在華氏68度或20度攝氏度下）
- 蘇打石冠玻璃= 1.51
- 藍寶石= 1.77
- 71％的鉛火石玻璃= 1.89
- 立方鋯石= 2.17
- 鑽石= 2.42
這些數字意味著，在水中的光速速度慢1.33倍，鑽石速度慢2.42倍。
當光從較低的n區域（例如空氣）通過表面進入較高n的區域（例如玻璃）時，光在變化方向。這意味著它的路徑更接近垂直線或“正常”。當光從較高n的區域傳遞到較低n的區域時，它會偏離“正常”方向。這就是導致湯匙在一杯水中淹沒的部分，當您將其放入水中時會彎曲。
重點
在具有彎曲表面的透鏡中，平行射線根據射線進入鏡頭的表面角度的不同角度彎曲。進入凸鏡的平行射線在鏡頭另一側的點上收斂。但是，當平行射線進入凹形鏡頭時，它們會在鏡頭的另一側散開或散佈。據說，如果它們向後延伸到鏡頭的近側，則在分歧射線時具有“虛擬焦點”。
透鏡也可以用圓柱體表面（凸面或凹形）形成，該鏡頭將僅在一個方向上放大或減少圖像。這些透鏡通常與球形形狀結合在一起，以產生復曲面或球形鏡頭鏡片。這樣的鏡頭的形狀像內管的表面，即，它在一個方向上比另一個方向具有更多的曲率。
這種形狀通常在眼鏡中用於校正散光根據美國驗光關聯的說法，這種情況會導致角膜的不規則形狀，眼睛的透明前蓋或眼睛內部透鏡的曲率導致視力模糊。如果您將這對眼鏡遠離臉部，並在旋轉時透過一個鏡頭，那麼散光鏡頭將導致圖像改變形狀。
但是，幾何光學元件並不涵蓋所有光學領域。物理光學元件涵蓋了衍射，極化，干擾和各種類型的散射等主題。量子光學元件解決了光子的行為和特性，包括自發發射，刺激發射（激光背後的原理）和波/粒子偶性。
吉姆·盧卡斯（Jim Lucas）是一位自由作家和編輯，專門研究物理，天文學和工程。他是盧卡斯技術。
其他資源
電磁和光學：入門課程（理查德·菲茨帕特里克（Richard Fitzpatrick），德克薩斯大學奧斯汀分校）
