菲尼尔透镜(菲尼尔反射)

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相信大家都知道放大镜是凸透镜，既能放大被观察的物体，又能集中太阳光产生高温。大家小时候应该都玩过放大镜。在阳光下聚焦后，产生的高温足以点燃木头，有些调皮的人甚至用它来烧蚂蚁。

凸透镜是一种根据光的折射原理制成的透镜。中间厚边缘薄，可分为双凸、平凸、凹凸三种形式。放大镜上的透镜属于双凸凸透镜。

除了凸透镜之外，还有一种比凸透镜聚光能力更高的透镜。这种透镜叫做菲涅尔透镜。

它的设计理念通常被认为是由布丰伯爵首先提出的。1822年，法国物理学家奥古斯丁·菲涅耳成功制造了它，并将其应用于灯塔。通过这个透镜，灯塔发出的光可以更好地汇聚成平行光束，在32公里的距离就可以观测到。在此之前，最亮的灯塔的光束最多只能在20公里外看到。

这种镜片看起来像一个薄板。仔细看会发现它有一圈同心的螺纹，所以这种镜片也叫螺纹镜片。不要小看它。虽然很薄，但聚光能力远远超过同尺寸的凸透镜。

菲涅耳透镜通常由玻璃或塑料制成。透镜的一面是光滑的平面，另一面由一系列同心凸透镜组成。

菲涅尔透镜的原理并不复杂。

众所周知，当光从一种透明介质传播到另一种透明介质时，由于两种介质的差异，会在界面发生折射。当光通过凸透镜时，折射只发生在透镜的表面。

按照这个思路，我们可以去掉凸透镜的一些材料，只保留透镜表面的弯曲部分，然后让分割出来的小曲面平移到同一个平面上，这样就可以制造出更薄的透镜。这种设计虽然比凸透镜复杂，但是可以节省材料，把镜头做得很薄很轻。

由于凸透镜中间部分较厚，光线通过时会有一定程度的衰减。但菲涅尔透镜的聚光效率比凸透镜高得多，测试表明菲涅尔透镜最多只会损失20%的光。如果投射的光源是平行光，会聚后图像各部分的亮度可以保持一致，凸透镜上的边角不会变暗或模糊。

菲涅耳透镜有很强的聚光能力。如果你把一个大菲涅尔透镜放在太阳下，凸面对着太阳，然后在聚光点放一块薄钢板，只需要一会儿就能烧穿钢板。钢的熔点大约是1500摄氏度。可见菲涅尔透镜的聚光能力真的很强。如果是凸透镜，要达到这个效果，就得把它做得大到让人拿不动，更别说拿在手里了。

有利有弊。菲涅尔透镜虽然可以作为凸透镜使用，但是由于菲涅尔透镜的曲面是不连续的，所以不适合一些成像精度要求高的场合，比如望远镜。

菲涅耳透镜是一种非常重要的光学元件，应用非常广泛。它的出现改变了现有的聚光灯照明设备。比如智能手机的闪光灯上就有这样的小镜头。此外，在红绿灯、大灯、投影仪等设备上也有这样的镜头。

菲涅耳透镜有很多种。如果把菲涅尔透镜面上的同心圆换成平行边，在一些特殊场合也能起到隐形的作用。

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