更新时间：2024-09-20 21:10
菲涅尔反射（奥古斯丁·菲涅耳 reflection），描述了光线照射物体表面时，反射、折射与视点角度之间的关系。当观察者视线方向与物体法线的夹角越大，反射越多，夹角越小，反射越少。1818年，由法国物理学家和工程师奥古斯丁·菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）提出。
菲涅尔反射的物理特征就是反射的强弱取决于视线与反射面的夹角大小，菲涅尔反射可以通过菲涅尔方程来描述，视线与反射面的夹角a越大，反射强度越弱，当夹角a等于90度时，反射强度为零；视线与反射面的夹角a越小，反射强度越强，当夹角a趋近0度时，反射最强。
菲涅尔反射在许多光学工业中有着广泛的应用，例如镜面反射、光学镜片、反射镜等。在这些应用中，菲涅尔反射可以用来控制光线的传播方向和强度，从而实现光学设备的设计和优化。
1748年，法国博物学家布丰伯爵（Compte deBuffon）提出阶梯结构透镜的设想，通过从透镜平面侧向球面侧挖除一部分材料获得轻薄的球壳透镜。其后，孔多塞提出用单片玻璃研磨得到相似的透镜。
1817年，法兰西学术院开展了一个竞赛，竞赛的主题是光的本性，找到光的衍射的最佳解释。有一个叫做奥古斯丁·菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）的法国物理学家和工程师参与了这个竞赛。他提出的理论是，光是一种波，就像所有的波一样，光在遇到障碍物的时候会产生衍射，菲涅尔提出了后来被人称之为惠更斯-菲涅尔原理的数学原理。
光线在从一种介质（如空气）到另一种介质（如水）的过程中，会遇到介质界面。当光线垂直入射时，菲涅尔反射的现象比较小，大部分光线都能够穿过界面，进入到下一个介质。但是当光线以一定角度入射时，一部分光线会被反射回原来的介质中，一部分光线则会穿透到下一个介质中。比如当人站在湖边时，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，但反射非常强烈，这种反射现象就是菲涅尔反射。
菲涅尔反射可以通过菲涅尔方程来描述，菲涅尔方程是一组描述光线在介质边界上反射和透射的方程。它包括反射系数（reflection coefficient）和透射系数（transmission coefficient）。反射系数表示反射光的强度与入射光的强度之比，透射系数表示透射光的强度与入射光的强度之比。
菲涅尔方程有两种形式，一种是针对垂直入射的光，另一种是针对斜入射的光。对于垂直入射光，菲涅尔方程可以简化为：
其中，是反射系数，是透射系数，是入射介质的折射率，是折射介质的折射率。
对于斜入射光，菲涅尔方程稍微复杂一些，包含了二个反射系数和两个折射系数：
其中，和是平行和垂直极化方向上的反射系数，和是平行和垂直极化方向上的透射系数，是入射角，是折射角。
菲涅尔衍射是指当光波通过一个具有边缘或孔径的物体时，光波的传播会发生衍射现象。菲涅尔衍射理论可以用来计算衍射光的强度和相位分布，进而研究物体的衍射图样，当在扩束系统后方加入孔径光阑限制光束通过时, 会在光阑后方一定距离内观察到明纹和暗纹宽度由中心向四周逐渐变大(之后简称该规律为“内密外疏”) 的同心圆环衍射图案。
菲涅尔区是指在光波传播过程中，光的振幅和相位差发生明显变化的区域。在菲涅尔区内，光的传播可以被视为平面波的传播。菲涅尔区的大小取决于光的波长和传播介质的折射率。
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。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
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。
菲涅尔透镜从光学设计上可以将菲涅尔透镜分为正菲涅尔透镜和负菲涅尔透镜。正菲涅尔透镜是指光线从一侧进入，经过菲涅尔透镜在另一侧出来聚焦成一点或以平行光射出，而负菲涅尔透镜则是焦点和光线在同一侧。
此外，根据菲涅尔透镜结构形状上可以将菲涅尔透镜分为菲涅尔透镜阵列；柱状菲涅尔透镜；线性菲涅尔透镜；衍射菲涅尔透镜；菲涅尔反射透镜；菲涅尔光束分离器和菲涅尔棱镜等。
光时域反射仪(OTDR)是利用光纤中的瑞利背向散射以及菲涅尔反射，即可测量出整个光纤链路上的信息，它能连续显示整个光纤线路的损耗相对距离的变化，当激光不断射入到光纤中时，光纤本身会不断产生反向的瑞利散射，通过测量分析这些反向散射光的功率，可以得到沿光纤长度分布的衰减曲线。采用这种技术，一根光纤中的连接点、耦合点以及断点的位置很容易被测量到，而且如果光纤有一段弯曲过大或者被过重外部物体所压制等情况也可以被测量到。所以光时域反射仪 已经成为光纤研究、生产、敷设、维护整个产业中应用最广、拥有量最大的仪器，在整个光通信产业中占有重要地位。
菲涅尔主要作为聚光光伏系统中的聚光部件，将光线从相对较大的区域面积转换成相对小的面积上。廉价的菲涅尔透镜一般由透明塑料压铸或模塑而成，其尺寸可以在做得比玻璃大的同时更轻、更经济，因此，大型的菲涅尔透镜也被广泛用在太阳灶聚集阳光或是太阳能热水器上。除此之外，菲涅尔透镜也广泛应用在汽车前灯、汽车尾灯以及倒车灯上。它能使大灯最初由凹面镜反射出来的平行光向下倾斜，因此，菲涅尔透镜也用于校正一些视觉障碍，比如斜视。
菲涅尔透镜聚光效果引起了许多学者的研究兴趣，美国航空航天局(NASA)在上世纪公布了菲涅尔透镜聚光器的设计参数，为后续研究指引了方向。D.C.Miller等人长期从事菲涅尔透镜制作材料方向研究，通过对不同的材料进行测试发现PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料对太阳光线拥有近92%的通过率，是目前菲涅尔透镜主要制作材料。Sierra等人利用菲涅尔透镜聚光产生的高温对金属表面进行处理，具有较好的效果。2010年，BenitesB等人设计了菲涅尔-科勒聚光科技系统，获得了均匀的聚焦光斑33。2017年，黄启录等设计菲涅尔-球透镜的聚光系统，聚光比高达6253。由于菲涅尔透镜聚光效果好，同时 PMMA材料通光率高，此透镜逐渐在太阳能领域得到应用。R.Gabbrielli等研究发现小型线性菲涅尔式光热发电可以与传统发电方法相结合并具有较好的可行性。
菲涅尔反射可以用于设计和制造更高效的光纤连接器和光学器件。其基本工作原理是：调制系统首先将需要传输的信息调制，并加载到调制解调器，电源驱动变化的信号，激励激光器。激光器出射带有信息变化的光波，即电信号转化成光信号。扩束镜将传输的光信号准直扩束，经过海水通信信道的传播，到达光接收端。接收端接收到光信号，由透镜聚焦，光电倍增管接收聚焦光线，将接收信号传递到光电检测器上，进行光电转换。控制系统对接收的信号信息处理，调制解调，分析接收信号。
菲涅尔反射可以用于制造高效的光学存储器和显示器。未来可以利用菲涅尔透镜来增强光储存和显示技术的性能，提高数据传输速度和图像质量。
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