菲涅爾反射（奧古斯丁·菲涅耳 reflection），描述了光線照射物體表面時，反射、折射與視點角度之間的關系。當觀察者視線方向與物體法線的夾角越大，反射越多，夾角越小，反射越少。1818年，由法國物理學家和工程師奧古斯丁·菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）提出。
菲涅爾反射的物理特征就是反射的強弱取決于視線與反射面的夾角大小，菲涅爾反射可以通過菲涅爾方程來描述，視線與反射面的夾角a越大，反射強度越弱，當夾角a等于90度時，反射強度為零；視線與反射面的夾角a越小，反射強度越強，當夾角a趨近0度時，反射最強。
菲涅爾反射在許多光學工業中有著廣泛的應用，例如鏡面反射、光學鏡片、反射鏡等。在這些應用中，菲涅爾反射可以用來控制光線的傳播方向和強度，從而實現光學設備的設計和優化。
背景
1748年，法國博物學家布豐伯爵（Compte deBuffon）提出階梯結構透鏡的設想，通過從透鏡平面側向球面側挖除一部分材料獲得輕薄的球殼透鏡。其后，孔多塞提出用單片玻璃研磨得到相似的透鏡。
1817年，法蘭西學術院開展了一個競賽，競賽的主題是光的本性，找到光的衍射的最佳解釋。有一個叫做奧古斯丁·菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）的法國物理學家和工程師參與了這個競賽。他提出的理論是，光是一種波，就像所有的波一樣，光在遇到障礙物的時候會產生衍射，菲涅爾提出了后來被人稱之為惠更斯-菲涅爾原理的數學原理。
現象
光線在從一種介質（如空氣）到另一種介質（如水）的過程中，會遇到介質界面。當光線垂直入射時，菲涅爾反射的現象比較小，大部分光線都能夠穿過界面，進入到下一個介質。但是當光線以一定角度入射時，一部分光線會被反射回原來的介質中，一部分光線則會穿透到下一個介質中。比如當人站在湖邊時，低頭看腳下的水，會發現水是透明的，反射不是特別強烈；如果看遠處的湖面，會發現水并不是透明的，但反射非常強烈，這種反射現象就是菲涅爾反射。
相關概念
菲涅爾方程
菲涅爾反射可以通過菲涅爾方程來描述，菲涅爾方程是一組描述光線在介質邊界上反射和透射的方程。它包括反射系數（reflection coefficient）和透射系數（transmission coefficient）。反射系數表示反射光的強度與入射光的強度之比，透射系數表示透射光的強度與入射光的強度之比。
菲涅爾方程有兩種形式，一種是針對垂直入射的光，另一種是針對斜入射的光。對于垂直入射光，菲涅爾方程可以簡化為：
其中，是反射系數，是透射系數，是入射介質的折射率，是折射介質的折射率。
對于斜入射光，菲涅爾方程稍微復雜一些，包含了二個反射系數和兩個折射系數：
其中，和是平行和垂直極化方向上的反射系數，和是平行和垂直極化方向上的透射系數，是入射角，是折射角。
菲涅爾衍射
菲涅爾衍射是指當光波通過一個具有邊緣或孔徑的物體時，光波的傳播會發生衍射現象。菲涅爾衍射理論可以用來計算衍射光的強度和相位分布，進而研究物體的衍射圖樣，當在擴束系統后方加入孔徑光闌限制光束通過時, 會在光闌后方一定距離內觀察到明紋和暗紋寬度由中心向四周逐漸變大(之后簡稱該規律為“內密外疏”) 的同心圓環衍射圖案。
菲涅爾區
菲涅爾區是指在光波傳播過程中，光的振幅和相位差發生明顯變化的區域。在菲涅爾區內，光的傳播可以被視為平面波的傳播。菲涅爾區的大小取決于光的波長和傳播介質的折射率。
應用
菲涅爾透鏡
菲涅爾透鏡又稱階梯鏡，即有"階梯"形不連續表面組成的透鏡。"階梯"由一系列同心圓環狀帶區構成，又稱環帶透鏡。通過菲涅爾透鏡觀察遠處的物體，則物體的像是倒立的，而觀察近處的物體時會產生放大效果。
菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區域內分為若干個明區和暗區，使進入探測區域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋紅外信號。
菲涅爾透鏡，簡單的說就是在透鏡的一側有等距的齒紋。通過這些齒紋，可以達到對指定光譜范圍的光帶通(反射或者折射)的作用。傳統的打磨光學器材的帶通光學濾鏡造價昂貴。菲涅爾透鏡可以極大的降低成本。典型的例子就是PIR（被動紅外線探測器）。PIR廣泛的用在警報器上。如果你拿一個看看，你會發現在每個PIR上都有個塑料的小帽子。這就是菲涅爾透鏡。小帽子的內部都刻上了齒紋。這種菲涅爾透鏡可以將入射光的頻率峰值限制到10微米左右（人體紅外線輻射的峰值）。成本相當的低。
菲涅爾透鏡從光學設計上可以將菲涅爾透鏡分為正菲涅爾透鏡和負菲涅爾透鏡。正菲涅爾透鏡是指光線從一側進入，經過菲涅爾透鏡在另一側出來聚焦成一點或以平行光射出，而負菲涅爾透鏡則是焦點和光線在同一側。
此外，根據菲涅爾透鏡結構形狀上可以將菲涅爾透鏡分為菲涅爾透鏡陣列；柱狀菲涅爾透鏡；線性菲涅爾透鏡；衍射菲涅爾透鏡；菲涅爾反射透鏡；菲涅爾光束分離器和菲涅爾棱鏡等。
光時域反射儀
光時域反射儀(OTDR)通過發送光脈沖進入輸入光纖，由于受到散射粒子的散射，或遇到光纖斷裂面產生菲涅爾反射，利用光束分離器將其中的菲涅爾反射光和瑞利背向散射光送入接收器，再變成電信號并隨時間的變化在示波器上顯示，即可測量出整個光纖鏈路上的信息，它能連續顯示整個光纖線路的損耗相對距離的變化，當激光不斷射入到光纖中時，光纖本身會不斷產生反向的瑞利散射，通過測量分析這些反向散射光的功率，可以得到沿光纖長度分布的衰減曲線。采用這種技術，一根光纖中的連接點、耦合點以及斷點的位置很容易被測量到，而且如果光纖有一段彎曲過大或者被過重外部物體所壓制等情況也可以被測量到。所以光時域反射儀 已經成為光纖研究、生產、敷設、維護整個產業中應用最廣、擁有量最大的儀器，在整個光通信產業中占有重要地位。
聚光系統
菲涅爾主要作為聚光光伏系統中的聚光部件，將光線從相對較大的區域面積轉換成相對小的面積上。廉價的菲涅爾透鏡一般由透明塑料壓鑄或模塑而成，其尺寸可以在做得比玻璃大的同時更輕、更經濟，因此，大型的菲涅爾透鏡也被廣泛用在太陽灶聚集陽光或是太陽能熱水器上。除此之外，菲涅爾透鏡也廣泛應用在汽車前燈、汽車尾燈以及倒車燈上。它能使大燈最初由凹面鏡反射出來的平行光向下傾斜，因此，菲涅爾透鏡也用于校正一些視覺障礙，比如斜視。
菲涅爾透鏡聚光效果引起了許多學者的研究興趣，美國航空航天局(NASA)在上世紀公布了菲涅爾透鏡聚光器的設計參數，為后續研究指引了方向。D.C.Miller等人長期從事菲涅爾透鏡制作材料方向研究，通過對不同的材料進行測試發現PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料對太陽光線擁有近92%的通過率，是目前菲涅爾透鏡主要制作材料。Sierra等人利用菲涅爾透鏡聚光產生的高溫對金屬表面進行處理，具有較好的效果。2010年，BenitesB等人設計了菲涅爾-科勒聚光科技系統，獲得了均勻的聚焦光斑33。2017年，黃啟錄等設計菲涅爾-球透鏡的聚光系統，聚光比高達6253。由于菲涅爾透鏡聚光效果好，同時 PMMA材料通光率高，此透鏡逐漸在太陽能領域得到應用。R.Gabbrielli等研究發現小型線性菲涅爾式光熱發電可以與傳統發電方法相結合并具有較好的可行性。
未來發展
水下光通信
菲涅爾反射可以用于設計和制造更高效的光纖連接器和光學器件。其基本工作原理是：調制系統首先將需要傳輸的信息調制，并加載到調制解調器，電源驅動變化的信號，激勵激光器。激光器出射帶有信息變化的光波，即電信號轉化成光信號。擴束鏡將傳輸的光信號準直擴束，經過海水通信信道的傳播，到達光接收端。接收端接收到光信號，由透鏡聚焦，光電倍增管接收聚焦光線，將接收信號傳遞到光電檢測器上，進行光電轉換?？刂葡到y對接收的信號信息處理，調制解調，分析接收信號。
光儲存和顯示技術
菲涅爾反射可以用于制造高效的光學存儲器和顯示器。未來可以利用菲涅爾透鏡來增強光儲存和顯示技術的性能，提高數據傳輸速度和圖像質量。
參考資料 >
眼睛里飄著的小蟲為什么有時肚子會發光？| 科學DIY.今日頭條.2023-09-05
菲涅爾透鏡 .重慶科技館.2023-08-15