菲涅尔反射（菲涅尔发现的光学现象）
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更新时间：2023-05-22
菲涅尔反射
菲涅尔发现的光学现象
菲涅尔反射，是一种光学现象，“菲涅尔”是一个人的名字，因为他发现了这个现象，由此这个现象就用这个人的名字命名了。
定义
这就是反射/折射与视点角度之间的关系。
如果你站在湖边，低头看脚下的水，你会发现水是透明的，反射不是特别强烈；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”。
性质
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。
如果不使用“菲涅尔效应”的话，则反射是不考虑视点与表面之间的角度的。
注意，在真实世界中，除了金属之外，其它物质均有不同程度的“菲涅尔效应”。
主要包括一些 电磁场的边界传输条件，比如P矢量和S矢量的反射，菲涅尔用波动学说第一次从本质上解释了光的传播，而之前人们只能 从宏观上进行试验，无法 从微观的理论上获得支持。然而缺少微观理论支持的定律总是空虚的，随时都可能被推翻的。
菲涅尔反射
海底通信光缆(以下简称海缆)通信具有通信质量稳定可靠，保密性好，隐蔽性好，抗毁、抗干扰能力强等特点，无论是平时，还是战时，作为跨海通信手段，都具有其它任何通信手段所无法替代的优势。随着海缆在全球范围内的广泛使用和上百万公里海缆线路的铺设，大容量海缆系统在现代社会的信息超高速公路中扮演了非常重要的角色。海缆故障对社会的影响是很大的，因此故障点必须尽可能快速修复，要做到这一点，故障点必须快速准确的定位，但是一旦海缆系统发生故障，在茫茫大海中，从深达几百米，甚至几千米的海床上打捞起直径不到10cm的海缆，就如问大海捞针，因而海缆故障的定位及维修有很强的特殊性。
许多原来应用于陆地光缆的维护测试方法已经不再适用。在海缆维修、维护整个过程中，故障点的测量和海缆故障点精确定位是关键技术。故障的定位有两个内容：一是从岸端测试海缆故障点的距离；二是在海上对故障点进行精确定位。
二、海缆故障点的测量
海缆故障点的探测方法很多，常用的方法有光时域反射仪（OTDR）测试法、电压测试法、电容测试法、音频测试法、线路监控系统测试法。
（一）OTDR测试法
光时域反射仪（OTDR）通过发送光脉冲进入输入光纤，由于受到散射粒子的散射，或遇到光纤断裂面产生菲涅尔反射，利用光束分离器将其中的菲涅尔反射光和瑞利背向散射光送入接收器，再变成电信号并随时间的变化在示波器上显示，探测故障时，利用OTDR中的定时装置可以测出从脉冲发出到脉冲返回的时间t，假设光纤纤芯的折射率为n，真空中的光速为c，则断点与测量点的距离L为：
（二）光时域反射仪电压测试法
光时域反射仪电压测试法是通过一个恒流供电电源，得到海缆站到故障点间的电位差，由电压与电流之比可得到从海缆站到故障点间的电阻，从而得到海缆站与故障点之间的距离L，即：Uo为故障发生时海缆供电设备（PFE）上的输出电压（V）；n为中继器的数量；UR为中继器的压降（V）；m为分支器的数量；U。为分支器的压降（V）；I为海缆的恒定供电电流（A）；R为海缆单位长度的电阻（
）。
在实际使用中，只需将已知的海缆系统故障时的电压、电流和电阻（其中中继器和分支器的电压可参考设备厂提供的产品技术参数）代人式（l），就可得到海缆故障点的大致距离。由于式（1）未考虑故障点的大地电阻值，而且每个故障点的电阻值也各不相同，因此这种测试方法的测试必然存在较大的误差。 （三）光时域反射仪电容测试法
（四）光时域反射仪音频测试法
光时域反射仪 音频测试法是将一持续音频电脉冲从海缆一端的供电导体输入，维修船可用探测仪追踪此信号，沿海缆探测，在故障点处，由于供电导体与海水的接地，测试脉冲信号消失，从而得到故障点位置。这种方法更多地用于维修船在故障发生的水域寻找海缆。这种方法的测试范围一般小于300km。
（五）光时域反射仪线路监控系统测试法
光时域反射仪线路监控系统测试法是利用线路监控设备周期性地对所有的中继器进行测试并与纪录进行比较，当一个中继段内的光缆发生故障使光纤受到轻微损伤或断裂时，线路监控设备会立刻显示中继器中相应的指标变化的状况，即可自动告警。这种方法的测试范围是一个中继段。
菲涅尔透镜
菲涅尔透镜又称阶梯镜，即有"阶梯"形不连续表面组成的透镜。"阶梯"由一系列同心圆环状带区构成，又称环带透镜。通过菲涅尔透镜观察远处的物体，则物体的像是倒立的，而观察近处的物体时会产生放大效果。
菲涅尔透镜，简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹。通过这些齿纹，可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用。传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。典型的例子就是PIR（被动红外线探测器）。PIR广泛的用在警报器上。如果你拿一个看看，你会发现在每个PIR上都有个塑料的小帽子。这就是菲涅尔透镜。小帽子的内部都刻上了齿纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右（人体红外线辐射的峰值）。成本相当的低。
菲涅尔透镜的种类很多，其几何形状、探测角、焦距及用
途也不尽相同。常用的菲涅尔透镜可大致归纳为以下几类。
1．长方形透镜。是常用普通型透镜。如0—6型尺寸为68X
38mm，焦距为29mm，水平角12Oo，垂直角8O。，探测距离
大于1Om；0—1A型尺寸为58．8X 45mm，水平角85。，垂直角450。探测距离大于1Om。
2．半球状透镜。适合吊顶安装，若设计成小型探测器，
4—56可作吊顶武自动灯、自动门等。如：Q-8型半球形透镜，直径为24mm，水平探测角1 00。，垂直探测角60。，探测距离3— 5m；另外，还有RS-8型半球状透镜等。
3．水平薄片形。这类透镜设计独特，如：SC一62型透镜，
探测区域是两个水平1o0o、垂直1．91。的窄平面，对应两
个高精度传感器，特别适合对某一水平高度进行监测；SC一82型透镜，水平角140o，垂直角12。，用它组成的探测器可避免地面小动物活动产生的干扰。由于这类透镜水平角特别大，垂直角特别小。故适合于特殊场合的探测。
4．光束式透镜。如：BS-05型透镜的水平角仅5。，可形成一束细长的探测区．其探测距离远，有效距离可达30m以上，适用于走廊、长通道等长距离、小角度的应用场合。
助降系统
设计起源
“菲涅尔”透镜光学助降系统
为了解决这个令人头痛的问题，英美海军只好挑选一些专职引导员在航母甲板上利用信号旗引导飞机着舰。这要求引导员既有丰富的指挥经验，又有很强的目测能力。然而，事故仍然接踵而至。英美海军有关当局不得不另寻方法。
1952年，英国海军中校格特哈特从女秘书对着镜子搽口红的动作中得到启发，设计出了早期的光学助降装置——助降镜。它是一面大曲率反射镜，设在舰尾的灯光射向镜面再反射到空中，给飞行员提供一个光的下降坡面（与海平面夹角为3.5~4度），飞行员沿着这个坡面并以飞机在镜中的位置修正误差，直到安全降落。
但是，这种光学助降镜只是一定程度上起了作用，新的问题又来了：航母的舰体会因海涛涌浪的起伏而升沉摇摆，反射镜射出的光很不稳定，因此仍免不了时有事故发生。
60年代，英国又发明了更先进的“菲涅尔”透镜光学助降系统，它在原理上与助降镜相似，也是在空中提供一个光的下滑坡面，但这提供的信号更利于飞行员判断方位，修正误差。美国于1960年在“富兰克林”号航母上正式安装了第一部。
结构与原理
“尼米兹”级的“菲涅尔”透镜光学助降系统
操作方法
这些灯光由着舰引导员（LSO）控制，他们在舰后部左舷LSO平台上，分工观察着舰机的位置、起落架、襟翼、尾钩等的情况，一面与飞行员通话，一面操纵灯光信号。在舰岛上部左侧后部设有主飞行控制室，一名飞控官监视着飞行甲板和空中的情况，对着舰机的安全进行最后把关。在美国航母上，飞控官由老资格的中校级飞行员担任，并配有一名少校做为助手。
当不允许舰载机着落时，左右两侧红色灯发出闪光，绿色水平基准灯不亮；当允许舰载机着落时，红色灯则不亮，绿色基准灯发出固定光，“菲涅尔”透镜也同时发光。它发出的光要比绿色基准灯强，而且上下不同位置的透镜发出的定向光束各代表一种下滑角。黄色光是高的下滑坡面，红色光是一个低的下滑坡面，橙色光是正确的下滑坡面。舰载机飞行员下滑时，如果看到的是橙色光，就可以准确地着舰了；如果看到的是黄色光束，说明舰载机下滑角太大；如果看到了红色光束，则说明舰载机下滑角太小。
“菲涅尔”透镜式助降镜使用简单可靠、目视直观，一问世便为英美等国航空母舰普遍使用。但是，它却有个最大的缺点：遇到阴雨雾云，常常显得“力不从心”，无法可靠地帮助降落。为此，美国海军又开始在航母上安装雷达助降系统，即全天候自动着舰系统。这套系统由舰载设备和机载设备联合组成。当舰载机准备着舰时，先由“塔康”空中战术导航仪引导，然后由舰载盲目着舰雷达精密跟踪，将观测到的舰载机飞行数据传至舰载数据处理机；数据处理机适时求出舰载机的航线，并与规定的航线相比，得出纠正数据，后由指令发信机发出。舰载机上的指令接收机收到信息后，就可以指挥自动驾驶仪和耦合器操作舰载机进入规定航线了。
不过，雷达助降系统还是有与生惧来的缺点———易受电子干扰。这又使得一些海军专家开始琢磨和研制效果更好的电视助降装置系统、激光助降装置系统等。拿电视助降装置为例，该系统可供飞机日夜着舰作业，不停地监视和记录着舰情况，并向助降军官提供飞机着舰时最合适的调整航线信息。它与其他助降装置系统配合使用，可互相取长补短，获得最好的效果。
