角反射器

圖1所示為由兩個互相垂直的平面鏡 和 構成的反射器。

它能使入射光線 AB經這兩個平面鏡反射后，沿CD 方向（ ）射出，但入射光要求在跟這兩個鏡面垂直的平面內入射。對於從任意方向入射的光線，如果要求沿與原來相反的方向反射回去，那就需要採用角反射器裝置。角反射器是由三個相互垂直的平面鏡組成的（見圖2）。

圖3a和圖3b分別表示角反射器的兩個投影圖：a為正視圖，平面鏡、與畫面垂直，平面鏡 位於畫面上；b為側視圖，鏡 位於畫面上，鏡 和 與畫面垂直。

先假設第三個平面鏡 不起作用，在這種情況下分析：設光線中有一個光子以速度 沿直線DE 射在 鏡上（圖3b），此光子如同一個彈性小球，沿直線EF 反彈，因此改變了速度方向。若將速度 分解為平行於鏡面的分速度和垂直於鏡面的分速度，平面鏡則使方向反向為，方向不變。反射光子的速度是分速度和的合速度。同樣第二個平面鏡在點F改變分速度的方向（方向平行於第一個平面鏡，但垂直於第二個平面鏡）。兩次反射的結果，速度的兩個分速度和的方向都變為反方向了，因此速度的方向經反射后，變為相反方向，表明光子沿與原來光路DE平行的直線FH離去（上述情況是在速度的第三個分速度為零情況下進行討論的）。從圖3b所示可見，光子沿著光路DE（平行平面鏡）射入，在E點反射，又射向平面鏡（重新平行平面鏡），在F點反射，沿光路FH反向射出（再次平行平面鏡）。

如果光子有第三個分速度，它垂直於第三個平面鏡（圖3c）。則光子分別在E點和F點經兩個面反射后，射向第三個點H，光子分速度的方向將變為反向的。由此可見，光子經三次反射（E、F、H），都導致組成光子速度矢量的分速度方向反向，因而光子反射后的合速度方向與原運動方向相反（圖3d）。這就證明了無論入射光線從什麼方向入射，經角反射器中每個平面鏡反射后，都將沿與原方向相反的方向反射回去。

圖4所示為角反射器的一個應用例子。

它由一排排三稜錐形鏡組成（底面對紅光是透明的）。當把它裝在自行車後輪擋板上作為尾燈時，自行車後面的車輛的燈光照射在它上面，照明光束將返回到車燈部位，使司機能清楚地看到閃耀紅光的目標，以引起注意。如果把它裝置在高速公路和鐵路上作為分隔線或路標時，在夜間，燈光射在上面，經反射后，尤為明亮，保證了夜間行車的交通安全。

1969年7月20日，美國“阿波羅11號”飛船，在登月飛行時，曾將一種特別的角反射器安放在月球上。此反射器是由100塊石英正立方稜鏡陳列構成的（每一塊石英均被切去一部分）。1971年，蘇聯宇宙飛船“月球1號”也成功地將角反射器安放在月球“一片海”區域。當法國和蘇聯分別向角反射器發射激光束時，光束均能從月球上返回原處。

角反射器可用來精確地測定月、地距離，測量精度極高。角反射器也能用於激光諧振器、大地測量和無線電探測中。若將角反射器放置在遙遠的沙漠和海洋地區，則航海員發射的雷達波，經遠處的角反射器反射后，能按原路返回發射站，使航海員在自己船上的雷達屏幕上能清晰地看到淺灘。宇宙飛船攜帶角反射器，可使地面藉助雷達來監視宇宙飛船運行情況。

1974年，蘇聯《水星》雜誌上曾刊登過一篇文章，設想如果能向太陽系發送角反射器，則人們能探測千百萬年前地球外的文明。據計算若將直徑約為1km的角反射器放置在海王星區，那麼它給雷達的反射信號其大小可與無線電探測器已發現的水星產生的反射信號大小相當。太陽光射向角反射器，由於角反射器的特性，反射信號應返回太陽。但是當地球運行在太陽與角反射器之間時，人的肉眼也能發現角反射器呈星點形。如果角反射器旋轉，它就會閃閃發光，從而可成功地截取從角反射器反射的信號。

利用角反射器可進行宇宙間的光通信。從地球上向宇宙飛船發射激光束，透過透明的慧窗，射到由許多有彈性的薄面鏡構成的角反射器上后，返回地球的光線具有恆定強度。如果宇航員對角反射器講話，會引起角反射器彈性薄鏡振動。於是各平面鏡夾角隨傳遞聲信號合節拍地微微變化。夾角一超出，角反射器即散射，使射向接收站方向的光信號的光通量減弱。藉助特製的檢波器，使振動信號轉化為電信號，經放大輸入揚聲器，就可聽到宇航員傳來的講話聲。當地球向宇宙飛船發出經傳遞信號強度調製的激光時，飛船上的角反射器薄鏡振動，宇航員就能收到地面站傳來的信號。利用角反射器進行宇宙光通信的優點是：重大儀器和供給源等都在地面接收站，宇宙飛船上只需攜帶角反射器裝置，這就可大大減輕飛船的負載，節省飛船上能量，並保證高度的可靠性。當然，實現這一設想需要相當高的技術。