반사도 (물리량)

재료 표면의 반사도(reflectance)는 복사 에너지를 반사하는 효율성이다. 이는 경계면에서 반사되는 입사 전자기력의 일부이다. 반사도는 빛의 전자기장에 대한 재료의 전자 구조 반응의 구성 요소이며, 일반적으로 빛의 주파수 또는 파장, 그 편광 및 입사각의 함수이다. 반사도의 파장 의존성을 반사 스펙트럼 또는 스펙트럼 반사율 곡선이라고 한다.

알루미늄 (Al), 은 (Ag), 금 (Au) 금속 거울의 수직 입사 시 스펙트럼 반사율 곡선

수학적 정의

반구형 반사도

표면의 반구형 반사도(기호 R)는 다음과 같이 정의된다.^[1] $${\displaystyle R={\frac {\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {i} }}},}$$ 여기서 Φ_e^r은 해당 표면에 의해 반사된 방사속이고 Φ_eⁱ은 해당 표면에 수신된 방사속이다.

스펙트럼 반구형 반사도

표면의 주파수 스펙트럼 반구형 반사도와 파장 스펙트럼 반구형 반사도(각각 기호 R_ν 및 R_λ)는 다음과 같이 정의된다.^[1] $${\displaystyle R_{\nu }={\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }^{\mathrm {i} }}},}$$ $${\displaystyle R_{\lambda }={\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {i} }}},}$$ 여기서

• Φ_e,ν^r은 해당 표면에 의해 반사된 주파수 스펙트럼 방사속이다.
• Φ_e,νⁱ은 해당 표면에 수신된 주파수 스펙트럼 방사속이다.
• Φ_e,λ^r은 해당 표면에 의해 반사된 파장 스펙트럼 방사속이다.
• Φ_e,λⁱ은 해당 표면에 수신된 파장 스펙트럼 방사속이다.

방향 반사도

표면의 방향 반사도(기호 R_Ω)는 다음과 같이 정의된다.^[1] $${\displaystyle R_{\Omega }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{\mathrm {i} }}},}$$ 여기서

• L_e,Ω^r은 해당 표면에 의해 반사된 방사휘도이다.
• L_e,Ωⁱ은 해당 표면에 수신된 방사휘도이다.

이는 반사 방향과 입사 방향 모두에 따라 달라진다. 즉, 입사 및 출사 방향의 모든 조합에 대한 값을 갖는다. 이는 양방향반사도분포함수와 관련이 있으며 상한선은 1이다. 출사 방향에만 의존하는 또 다른 반사도 측정값은 I/F인데, 여기서 I는 주어진 방향으로 반사된 방사휘도이고 F는 모든 방향으로 평균된 입사 방사휘도, 즉 단위 면적당 표면에 충돌하는 복사량의 총 플럭스를 π로 나눈 값이다.^[2] 이는 태양과 같은 광원에 의해 조명되는 광택 표면의 경우 1보다 클 수 있으며, 반사도는 최대 방사휘도 방향에서 측정된다(또한 젤리거 효과 참조).

스펙트럼 방향 반사도

표면의 주파수 스펙트럼 방향 반사도와 파장 스펙트럼 방향 반사도(각각 기호 R_Ω,ν 및 R_Ω,λ)는 다음과 같이 정의된다.^[1] $${\displaystyle R_{\Omega ,\nu }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\mathrm {i} }}},}$$ $${\displaystyle R_{\Omega ,\lambda }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\mathrm {i} }}},}$$ 여기서

• L_e,Ω,ν^r은 해당 표면에 의해 반사된 주파수 스펙트럼 방사휘도이다.
• L_e,Ω,νⁱ은 해당 표면에 수신된 주파수 스펙트럼 방사휘도이다.
• L_e,Ω,λ^r은 해당 표면에 의해 반사된 파장 스펙트럼 방사휘도이다.
• L_e,Ω,λⁱ은 해당 표면에 수신된 파장 스펙트럼 방사휘도이다.

마찬가지로 주어진 파장에 대해 I/F 값(위 참조)을 정의할 수도 있다.^[3]

반사율

공기와 가변 재료 사이 경계면의 프레넬 반사 계수, 복소 굴절률 및 입사각에 의존

균질하고 반무한(반공간 참조) 재료의 경우, 반사율은 반사도와 같다. 반사율은 프레넬 반사 계수의 제곱근이다.^[4] 이는 반사된 전기장과 입사된 전기장의 비율이다.^[5] 따라서 반사 계수는 단일 층에 대한 프레넬 방정식에 의해 결정되는 복소수로 표현될 수 있는 반면, 반사도는 항상 양의 실수이다.

층상 및 유한 매체의 경우, 국제 조명 위원회에 따르면 반사율은 두꺼운 반사체에 적용되는 값이라는 점에서 반사도와 구별된다.^[6] 얇은 재료층에서 반사가 일어날 때, 내부 반사 효과로 인해 반사도가 표면 두께에 따라 달라질 수 있다. 반사율은 샘플이 두꺼워질수록 반사도의 극한 값이며, 표면의 본질적인 반사율이므로 후면 표면의 반사도와 같은 다른 매개변수와 무관하다. 이를 해석하는 또 다른 방법은 반사도는 특정 샘플에서 반사되는 전자기력의 비율인 반면, 반사율은 재료 자체의 특성으로, 재료가 전체 공간의 절반을 채울 경우 완벽한 기계에서 측정될 수 있다는 것이다.^[7]

표면 유형

반사도는 방향성 속성이므로 대부분의 표면은 정반사를 제공하는 표면과 난반사를 제공하는 표면으로 나눌 수 있다.

유리나 광택 금속과 같은 정반사 표면의 경우, 반사도는 적절한 반사 각도를 제외한 모든 각도에서 거의 0이다. 즉, 입사 평면에서 표면 법선에 대해 동일한 각도이지만 반대편에 있다. 복사가 표면에 수직으로 입사될 때, 복사는 동일한 방향으로 반사된다.

무광 흰색 페인트와 같은 난반사 표면의 경우, 반사도는 균일하다. 복사는 모든 각도에서 동일하거나 거의 동일하게 반사된다. 이러한 표면을 람베르트 표면이라고 한다.

대부분의 실제 물체는 난반사와 정반사 특성을 모두 나타낸다.

물의 반사도

빛이 한 굴절률을 가진 매질에서 다른 굴절률을 가진 두 번째 매질로 이동할 때 반사가 발생한다.

수체의 정반사는 프레넬 방정식으로 계산된다.^[8] 프레넬 반사는 방향성이므로 주로 난반사를 확산시키는 반사율에 크게 기여하지 않는다.

실제 수면은 물결 모양일 수 있다. 프레넬 방정식에 의해 주어진 평평한 표면을 가정하는 반사도는 물결을 고려하여 조정될 수 있다.

회절 효율

빛을 파장별로 분산시키는 회절 격자에 대한 반사도의 일반화는 회절 효율이라고 한다.

같이 보기

• 양방향반사도분포함수
• 비색법
• 방사율
• 람베르트의 코사인 법칙
• 투과율
• 태양 경로
• 광반사 값
• 반사율
• 잔광선 효과
• 리데인-삭스-텔러 관계