自行车尾灯发光原理揭秘：无灯泡也能亮？

撰文 | Oxygen

在夜晚的公路上，车辆和自行车共同穿梭，交通事故的风险也因此增加。为了保证骑行者的安全，自行车尾灯的存在显得尤为重要。仔细观察自行车尾灯，我们会发现有些尾灯并没有灯泡，但在汽车大灯的照射下却能反射出明亮的光。这一现象背后的奥秘源于一种叫做角反射器的装置。角反射器以其独特的光学特性，使得自行车尾灯无需电力供应便能在黑暗中发出清晰的反光，为骑行者提供额外的安全保障。

角反射器的发明

角反射器的发明可以追溯到19世纪末20世纪初，随着雷达技术的日益成熟，其设计和应用也逐步完善。这种装置的早期军事应用出现在第二次世界大战，当时英国军队在防空系统中使用角反射器来迷惑敌方雷达。通过使用多个互相垂直的反射面，角反射器能够将雷达波反射回其源头，从而使敌方雷达无法准确定位目标。

随后，角反射器被逐渐应用于民用领域。在交通标识、自行车尾灯和车牌等领域，角反射器开始展现其独特的反光效果。特别是在自行车尾灯中，角反射器成为了提高夜间骑行安全的关键部件。1960年代，随着塑料制造工艺的发展，轻便且经济实惠的塑料角反射器开始普及，进一步推动了这种装置在自行车、车辆和道路标识中的应用。

角反射器的基本原理

角反射器的基本原理是基于光的反射定律，即入射光线、反射光线和法线都位于同一平面内，且反射角等于入射角。角反射器通常由三个相互垂直的平面镜组成，这样的结构使得无论光线从哪个方向入射，经过两次反射后，都能沿着与入射光线相反的方向射出，这一现象称为“逆向反射”或“回归反射”。

角反射器原理

角反射器的这一特性使得它成为一种高效的反光装置，尤其适用于需要光线反射的情境中。在光线不足的情况下，角反射器能够显著提高物体的可见性，这也是为什么自行车尾灯没有灯泡却能在夜间闪闪发光的原因。

角反射器在日常生活中的应用

角反射器由于其独特的反光特性，在日常生活中有着广泛的应用。最常见的应用之一是交通安全设施中。道路上的反光标志、护栏、路沿等处都安装有角反射器，以提高夜间或恶劣天气条件下的能见度。这些角反射器在汽车大灯的照射下能够反射出明亮的光芒，帮助驾驶员更清晰地识别道路情况。

道路上的反光标志

此外，自行车尾灯也是角反射器应用的典型例子。大多数自行车尾灯在不发光的情况下依然能通过角反射器反射车辆前照灯的光，从而在黑暗中起到警示作用。角反射器不仅适用于自行车，还广泛应用于摩托车、拖车和卡车的尾部反光装置中，以提高这些车辆在夜间行驶时的可见度。

角反射器还被用于车牌设计中。现代车辆的车牌通常在制作时内嵌了角反射器，使车牌在被光线照射时能够反射出清晰的光芒，便于远处的车辆或摄像头识别车牌信息。这不仅提高了车辆在夜间的识别度，也为执法部门的交通监控提供了便利。

建筑中的角反射器

在建筑物的设计中，角反射器也得到了广泛应用。例如，高楼大厦的玻璃幕墙常常设计成微小的角反射器结构，以便在强烈的阳光照射下减少眩光，提供更舒适的室内环境。

角反射器在精密光学仪器中的应用

角反射器不仅在日常生活中有广泛的应用，还在精密光学仪器中扮演着重要角色。在激光测距仪、全站仪等测量设备中，角反射器被广泛用于精确测量距离。由于角反射器能将入射光精确反射回光源，测量设备能够通过计算反射光返回的时间精确确定目标的距离。这一技术在测绘、建筑、军事等领域具有重要应用。

地月激光测距示意图

激光干涉仪也是角反射器应用的一个重要领域。激光干涉仪用于测量微小的距离或变化，如检测纳米级别的位移或应变。角反射器的高精度反射特性使其能够在这种仪器中提供稳定、可靠的反射光束，从而保证测量的准确性。

随阿波罗11号登上月球的激光反射器A11

在天文学领域，角反射器的应用同样至关重要。一个典型的例子是在1969年7月，当时阿波罗11号宇宙飞船完成了人类历史上的首次月球着陆。在这一历史性时刻，美国宇航员在月球表面部署了一套角反射器，它由100块熔融石英材质的直角锥棱镜组成，这些棱镜以18英寸的边长排列成一个方阵。这套角反射器的精妙之处在于，它能够将地球上发射的激光束精确地反射回其发射源。这一特性极大地促进了对地球与月球之间距离的精确测量，其测量精度达到了惊人的10米以内。这一成就不仅标志着人类对月球探索的重要里程碑，也为天文学和测量学的发展做出了不可磨灭的贡献。

参考文献

[1]Makoto Otsubo, “Aerial imaging principle and its commercialization and future developments,” Proceedings of the International Display Workshops, Vol. 28: 227-230, 2021

[2]https://www.cdstm.cn/subjects/jzrm/kpydh/zsjsll/zsxmt/202101/t20210111_1040553.html

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/EeMY0Ckak3_tPd0dMSXG9w

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/Eyf0aSlT2xLRz3cYoqSl2Q

本文经授权转载自微信公众号“力学科普”。

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