Кіріспе
Сәулеленуді оның көзіне кері қайтаратын құрылғы.
Ретрорефлектор (кейде ретрофлектор немесе катафота деп аталады) – сәулеленуді (әдетте жарық) оның көзіне ең аз шашыраумен кері қайтаратын құрылғы немесе бет. Бұл, жазық айнадан айырмашылығы, кең ауқымды түсу бұрыштарында жұмыс істейді, себебі жазық айна толқын фронтына тік келгенде ғана, яғни түсу бұрышы нөлге тең болғанда осы мүмкіндікке ие. Ретрорефлектордың шағылысы бағытталғандықтан, оның жарықтығы диффузды шағылыстырғышқа қарағанда артық болады. Бұрыштық шағылыстырғыштар және "мысық көзі" шағылыстырғыштары ең көп қолданылатын түрлері.
Фазалық конъюгат айна
Ретрорефлекторды жасаудың үшінші, әлдеқайда сирек кездесетін тәсілі – фазалық конъюгацияның сызықтық емес оптикалық құбылысын қолдану. Бұл техника жоғары қуатты лазерлер және оптикалық беріліс желілері сияқты жетілдірілген оптикалық жүйелерде қолданылады. Фазалық конъюгаттық айналар кіріс толқынын оның бұрынғы жолымен дәлме-дәл қайтарады, бірақ салыстырмалы түрде қымбат және күрделі жабдық, сондай-ақ үлкен мөлшерде қуат талап етеді (сызықтық емес оптикалық процестер тек жеткілікті деңгейдегі қарқындылықта ғана тиімді болады). Дегенмен, фазалық конъюгаттық айналардың ретрорефлексия бағытындағы дәлдігі айтарлықтай жоғары, ал пассивті элементтерде бұл конструкцияның механикалық дәлдігімен шектеледі.
Операция
Ретрорефлекторлар - жарықты сол бағыт бойынша жарық көзіне қайтаратын құрылғылар. Жарық интенсивтілігінің коэффициенті (RI) – шағылдырғыштың тиімділігін көрсететін өлшем, ол шағылдырылған жарықтың күшінің (жарық интенсивтілігінің) шағылдырғышқа түсетін жарық мөлшеріне (қалыпты жарықтандыруға) қатынасы ретінде анықталады. RI мәні жоғарылаған сайын шағылдырғыш жарқырап көрінеді. Шағылдырғыштың RI мәні оның түсіне, мөлшеріне және жағдайына байланысты. Ашық немесе ақ шағылдырғыштар ең тиімді және басқа түстерге қарағанда жарқырап көрінеді. Шағылдырғыштың бетінің ауданы RI мәнімен пропорционалды, яғни шағылыстыратын беті ұлғайған сайын RI мәні де артады.
Кемелер, қайықтар, авариялық құралдар
Ретрофлективті таспа жарық пен радар сигналдарын жоғары деңгейде қайтаратыны үшін Теңіздегі адам өмірінің қауіпсіздігі жөніндегі халықаралық конвенция (SOLAS) тарапынан мойындалған және ұсынылған. Оны құтқару салдарына, жеке жүзу құралдарына және басқа да қауіпсіздік жабдықтарына қолдану түнде судағы адамдар мен заттарды анықтауды жеңілдетеді. Қайықтардың бетіне жағу, әсіресе өздігінен радарлық шағылысы аз болатын шыны талшықты қайықтар үшін, радарлық белгіні ұлғайтады. Халықаралық теңіз ұйымының A.658 (16) қаулысына және АҚШ Жағалау күзетінің 46 CFR 164-бөлігі, 164.018/5/0-тармағына сәйкес келеді. Коммерциялық түрде қолжетімді өнімдердің мысалдары: 3M өнімдері 3150A және 6750I, сондай-ақ Orafol Oralite FD1403.
Жерді зерттеу
Жер өлшеуде ретрорефлектор, көбінесе призма деп аталады, әдетте жер өлшеу бағанасына бекітіледі және қашықтықты өлшеу үшін нысана ретінде қолданылады, мысалы, тотал станция. Оператор немесе робот лазер сәулесін ретрорефлекторға бағыттайды. Аспап жарықтың таралу уақытын өлшеп, оны қашықтыққа түрлендіреді. Призмалар жер серіктемесі және 3D нүктелік мониторинг жүйелерінде нүктенің көлденең және тік қозғалысын өлшеу үшін қолданылады. Екі призма тотал станциялар немесе қарапайым теодолиттерді пайдалана отырып, бұрыштарды өлшеу үшін нысана ретінде де қолданылуы мүмкін; бұл қолданыс гелиотропты еске түсіреді, бірақ кері шағылысты қажет етпейді, тек оптикалық аспаптан нысана призмасының ортасын тікелей көру үшін кез келген жарық көзі (мысалы, күн) арқылы көрінуді ғана талап етеді.
Айда
Аполлон 11, 14 және 15 миссияларындағы астронавттар Айдағы лазерлік қашықтық өлшеу экспериментінің бөлігі ретінде Айға ретрорефлекторларды орналастырды. Советтік Луноход-1 және Луноход-2 роверлері де кішкентай массивтерді тасымалдады. Алғашқыда Луноход-1-ден сигналдар алынды, бірақ 1971 жылдан 2010 жылға дейін қайтарылған сигналдар анықталмады, бұл, кем дегенде, Ай бетіндегі оның орнының нақты белгісіздігіне байланысты болды. 2010 жылы ол Айды зерттеу орбиталық аппаратының суреттерінде табылды және ретрорефлекторлар қайта қолданысқа енгізілді. Луноход-2 массиві Жерге сигналдарды қайтаруды жалғастыруда. Ең қолайлы жағдайларда да, бірнеше секунд сайын тек бір ғана шағылысқан фотон қабылданады. Бұл лазермен тудырылған фотондарды табиғи фотондардан бөліп шығаруды қиындатады. "Чандраян-3" миссиясының "Викрам" қондырғысы NASA-ның Годдард ғарыш ұшу орталығымен ұсынылған "Лазерлік ретрорефлекторлық массив" (LRA) құралын, ISRO-мен халықаралық ынтымақтастық аясында орналастырды. 2023 жылдың 12 желтоқсанында Айды зерттеу орбиталық аппараты "Викрам" қондырғысынан жіберілген лазерлік импульстерді табысты анықтады.
Марста
Осыған ұқсас құрылғы, Лазерлік ретрорефлектор массиві (LaRA), Марс Perseverance марсоходына орнатылған. Ретрорефлектор Италияның Ұлттық ядролық физика институтымен жобаланған, ал құрал Италия Ғарыш агенттігі тапсырысы бойынша дайындалған.
Жерсеріктерде
Көптеген жасанды спутниктерде ретрорефлекторлар бар, сондықтан оларды жер беті станцияларынан қадағалауға болады. Кейбір спутниктер тек лазерлік қашықтық өлшеу үшін жасалды. LAGEOS, немесе Лазерлік Геодинамикалық Спутниктер – Жерді геодинамикалық зерттеулер үшін орбиталық лазерлік қашықтық өлшеуге арналған эталонды қамтамасыз ету мақсатында жасалған ғылыми зерттеу спутниктерінің сериясы. LAGEOS ғарыш кемелері екі: LAGEOS 1 (1976 жылы ұшырылған) және LAGEOS 2 (1992 жылы ұшырылған). Олар балқытылған кремнийден жасалған кубтық ретрорефлекторларды пайдаланады. 2020 жылғы мәліметтер бойынша, екі LAGEOS ғарыш кемесі де әлі де жұмыс істеп тұр. 1999 жылдан бастап ретрорефлекторлармен жабдықталған үш STARSHINE спутнигі ұшырылды. LARES спутнигі 2012 жылдың 13 ақпанында ұшырылды. (Сондай-ақ қараңыз: Лазерлік қашықтық өлшеу спутниктерінің тізімі.) Басқа спутниктерде де орбиталық калибрлеу және орбиталық анықтау үшін ретрорефлекторлар бар, мысалы, спутниктік навигацияда (әрі қарай, барлық Galileo спутниктері, GLONASS спутниктерінің көпшілігі, IRNSS спутниктері, BeiDou, QZSS және екі GPS спутнигі) және спутниктік гравиметрияда (GOCE), сондай-ақ спутниктік биіктік өлшеуде (мысалы, TOPEX/Poseidon, Sentinel 3). Ретрорефлекторларды жерден қадағалаудың орнына спутниктер аралық лазерлік қашықтық өлшеу үшін де пайдалануға болады (мысалы, GRACE FO). BLITS (Ball Lens In The Space) сфералық ретрорефлекторлы спутнигі 2009 жылдың қыркүйегінде Ресей Федерациясының Ғарыш агенттігі, Халықаралық лазерлік қашықтық өлшеу қызметінің көмегімен (бұл қызмет бастапқыда Халықаралық Геодезия қауымдастығы, Халықаралық Астрономиялық Одақ және халықаралық комитеттермен құрылған тәуелсіз орган) «Союз» ракетасымен орбитаға шығарылды. ILRS орталық бюросы АҚШ-тың Годдард Ғарыш ұшу орталығында орналасқан. Рефлектор, Лунебург линзасының бір түрі, Мәскеудегі Дәлдіктік аспаптар инженериясы институты (IPIE) тарапынан әзірленді және өндірілді. 2013 жылы ғарыштық қоқыспен соқтығысқаннан кейін миссия тоқтатылды.
Бос кеңістіктегі оптикалық байланыс
Модуляцияланған ретрорефлекторлар, олардағы шағылыстыру қабілеті белгілі бір тәсілмен уақыт өте келе өзгереді, ашық кеңістіктегі оптикалық байланыс желілері саласындағы зерттеулер мен әзірлемелердің нысаны болып табылады. Мұндай жүйелердің негізгі қағидасы – сенсорлық модуль сияқты аз қуатты қашықтан басқару жүйесі базалық станциядан оптикалық сигналды қабылдап, модульденген сигналды базалық станцияға кері қайтара алады. Базалық станция оптикалық қуатты қамтамасыз ететіндіктен, бұл қашықтан басқару жүйесіне артық қуатты пайдаланбастан байланыс орнатуға мүмкіндік береді. Модуляцияланған ретрорефлекторлар модуляцияланған фазалық конъюгатты айналар (ФКА) түрінде де кездеседі. Соңғы жағдайда ФКА фазалық конъюгат толқынының уақыт бойынша кодталуымен «уақытқа қарама-қарсы» толқынды жасайды (мысалы, SciAm, 1990 ж. қазан, «Фоторефракциялық эффект», Дэвид М. Пеппер және басқалар). Арзан бұрыштық ретрорефлекторлар қолданушы басқаратын технологияда оптикалық деректерді жіберу құрылғылары ретінде қолданылады. Бағыттау түнде жасалады, ал қажетті ретрорефлектордың ауданы бағыттау қашықтығына және көше шамдарының қоршаған жарығына байланысты. Оптикалық қабылдағыш өзі де әлсіз ретрорефлектор болып табылады, себебі оның фокустық жазықтығында жарық түскен объектілерді анықтайтын үлкен, дәл бағытталған линзасы бар. Бұл қысқа қашықтықта ретрорефлекторсыз бағыттауға мүмкіндік береді.
Тарих
Көптеген жемтік және жыртқыш жануарлардың көздері табиғи түрде жарықты кері шағылытады, себебі олардың тор қабаты алатын жарықты екі есе арттыратын "Тапетум люцидум" деп аталатын шағылыстыратын қабаты болады. Табиғаттан шабыттанған "мысық көзі" деп аталатын жол белгісін Англияның Батыс Йоркшир графтығындағы Халифакс қаласындағы Буттауннан Перси Шоу ойлап тапты. Жақын маңдағы Амблер Торн елді мекенінде трамвай жолдары алынып тасталғанда, ол түнде бағыттану үшін жылтыратылған болат рельстерді пайдаланғанын байқады. "Мысық көзі" деген атау Шоудың құрылғыға деген шабытынан туындады: мысықтың көзінен шағылысқан жарқыраған сәуле. 1934 жылы ол өзінің өнертабысына патент алды (патент нөмірлері 436,290 және 457,536), ал 1935 жылдың 15 наурызында Халифакста Reflecting Roadstuds Limited компаниясын құрды. Catseye – олардың тауарлық белгісі. Жарықты кері шағылытатын линзаны алты жыл бұрын Херефордширден келген бухгалтер Ричард Холлинс Мюррей жарнамалық таңбаларда қолдану үшін ойлап тапқан еді, және Шоу мойындағандай, ол оның идеясына үлкен үлес қосты.