การสะท้อนคือการเปลี่ยนแปลงทิศทางของหน้าคลื่นที่รอยต่อระหว่างตัวกลางสองชนิดที่แตกต่างกันทำให้หน้าคลื่นกลับไปยังตัวกลางเดิม ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ การสะท้อนของแสงเสียงและคลื่นน้ำกฎการสะท้อนกล่าวว่า สำหรับการสะท้อนแบบกระจกเงา (เช่น ที่กระจก ) มุมที่คลื่นตกกระทบพื้นผิว จะเท่ากับมุมที่คลื่นสะท้อนกลับ

ในด้านเสียงการสะท้อนทำให้เกิดเสียงสะท้อนและถูกนำไปใช้ในระบบโซนาร์ในทางธรณีวิทยา การสะท้อนมีความสำคัญในการศึกษาคลื่นแผ่นดินไหวการสะท้อนสามารถสังเกตได้จากคลื่นผิวน้ำในแหล่งน้ำ การสะท้อนสามารถสังเกตได้จากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หลายประเภท นอกเหนือจากแสงที่มองเห็นได้การสะท้อนของ คลื่นความถี่สูง (VHF)และความถี่ที่สูงกว่านั้นมีความสำคัญต่อ การส่งสัญญาณ วิทยุและเรดาร์แม้แต่รังสีเอกซ์และรังสีแกมมาก็สามารถสะท้อนได้ที่มุมตื้นๆ ด้วยกระจกสะท้อนแสงแบบพิเศษ

การสะท้อนของแสงอาจเป็นแบบสะท้อนเงา (เหมือนกระจก) หรือแบบกระจาย (คงพลังงาน ไว้ แต่สูญเสียภาพ) ขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิว ในการสะท้อนเงาเฟสของคลื่นสะท้อนจะขึ้นอยู่กับการเลือกจุดกำเนิดของพิกัด แต่เฟสสัมพัทธ์ระหว่าง โพลาไรเซชัน s และ p (TE และ TM) จะคงที่โดยคุณสมบัติของตัวกลางและพื้นผิวระหว่างตัวกลาง^{[ 1 ]}

กระจกเงาเป็นแบบจำลองที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับการสะท้อนแสงแบบสเปคูลาร์ โดยทั่วไปแล้วจะประกอบด้วยแผ่นกระจกที่มีการเคลือบโลหะบริเวณที่เกิดการสะท้อนแสงอย่างมีนัยสำคัญ การสะท้อนแสงจะเพิ่มขึ้นในโลหะเนื่องจากการยับยั้งการแพร่กระจายของคลื่นเกินกว่าระดับความลึกของผิว โลหะ การสะท้อนแสงยังเกิดขึ้นที่พื้นผิวของ ตัวกลาง โปร่งใสเช่น น้ำหรือกระจกแม้ว่าโดยทั่วไปแล้วการสะท้อนจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเมื่อเทียบกับกระจกเงา

ในแผนภาพรังสีแสงPOตกกระทบกระจกเงาแนวตั้งที่จุดOและรังสีสะท้อนคือOQโดยการลากเส้นสมมติผ่านจุดOตั้งฉากกับกระจกเงา ซึ่งเรียกว่าเส้นปกติเราสามารถวัดมุมตกกระทบ θi และมุมสะท้อนθrได้กฎการสะท้อนกล่าวว่าθi = θrหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อนเวกเตอร์คลื่นของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับเวกเตอร์ที่ฉายลง_{บนเส้น ปกติ ของ กระจกเงาเป็นค่ากลับของเวก เตอร์}คลื่นตกกระทบ ในขณะที่ขนาด ( เลขคลื่น ) เท่ากัน

อันที่จริง การสะท้อนของแสงสามารถเกิดขึ้นได้ทุกครั้งที่แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหค่า หนึ่ง ไปยังตัวกลางที่มีดัชนีหักเหแตกต่างกัน ในกรณีทั่วไป แสงส่วนหนึ่งจะสะท้อนจากรอยต่อ และส่วนที่เหลือจะหักเหการแก้สมการของแม็กซ์เวลล์สำหรับรังสีแสงที่กระทบกับขอบเขตทำให้สามารถหาอนุพันธ์ของสมการเฟรสเนลได้ซึ่งสามารถใช้ในการทำนายว่าแสงจะสะท้อนและหักเหไปมากน้อยเพียงใดในสถานการณ์ที่กำหนด นี่เป็นสิ่งที่คล้ายคลึงกับวิธีที่ความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ในวงจรไฟฟ้าทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณ การ สะท้อนแสงภายในทั้งหมดจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะเกิดขึ้นหากมุมตกกระทบมากกว่ามุมวิกฤต

การสะท้อนกลับภายในทั้งหมดถูกนำมาใช้เป็นวิธีการโฟกัสคลื่นที่ไม่สามารถสะท้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยวิธีการทั่วไปกล้องโทรทัศน์รังสีเอกซ์ถูกสร้างขึ้นโดยการสร้าง "อุโมงค์" ที่รวมคลื่นเข้าด้วยกัน เมื่อคลื่นกระทบกับพื้นผิวของอุโมงค์ในมุมต่ำ คลื่นจะสะท้อนไปยังจุดโฟกัส (หรือไปยังจุดที่เกิดการกระทบกับพื้นผิวของอุโมงค์อีกครั้ง และในที่สุดจะถูกส่งไปยังตัวตรวจจับที่จุดโฟกัส) ตัวสะท้อนแสงแบบธรรมดาจะไม่มีประโยชน์ เนื่องจากรังสีเอกซ์จะทะลุผ่านตัวสะท้อนแสงนั้นไป

เมื่อแสงสะท้อนจากวัสดุที่มีดัชนีหักเหสูงกว่าตัวกลางที่แสงเดินทางผ่าน แสงจะเกิดการเปลี่ยนเฟส 180°ในทางตรงกันข้าม เมื่อแสงสะท้อนจากวัสดุที่มีดัชนีหักเหต่ำกว่า แสงสะท้อนจะมีเฟสตรงกับแสงตกกระทบ หลักการนี้มีความสำคัญในสาขาทัศนศาสตร์ของฟิล์ม บาง

การสะท้อนแบบสเปคูลาร์ก่อให้เกิดภาพการสะท้อนจากพื้นผิวเรียบจะทำให้เกิดภาพสะท้อนในกระจกซึ่งดูเหมือนจะกลับด้านจากซ้ายไปขวา เพราะเราเปรียบเทียบภาพที่เราเห็นกับสิ่งที่เราจะเห็นหากเราหมุนตัวไปอยู่ในตำแหน่งของภาพ การสะท้อนแบบสเปคูลาร์ที่พื้นผิวโค้งจะทำให้เกิดภาพซึ่งอาจขยาย หรือย่อขนาดได้กระจกโค้งมีกำลังขยายทางแสงกระจกดังกล่าวอาจมีพื้นผิวเป็นทรงกลมหรือพาราโบลา

ถ้าพื้นผิวสะท้อนแสงเรียบมาก การสะท้อนแสงที่เกิดขึ้นเรียกว่า การสะท้อนแบบสเปคูลาร์ หรือการสะท้อนแบบปกติ กฎการสะท้อนแสงมีดังนี้:

1. รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวสะท้อน ณ จุดตกกระทบ ล้วนอยู่ในระนาบเดียวกัน
2. มุมที่รังสีตกกระทบทำกับเส้นตั้งฉากจะมีค่าเท่ากับมุมที่รังสีสะท้อนทำกับเส้นตั้งฉากเดียวกันนั้น
3. รังสีสะท้อนและรังสีตกกระทบอยู่คนละด้านของเส้นตั้งฉาก

กฎทั้งสามข้อนี้สามารถอนุมานได้จากสมการของเฟรสเนล

ในทฤษฎีไฟฟ้าคลาสสิกแสงถือเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอธิบายได้ด้วยสมการของแม็กซ์เวลล์คลื่นแสงที่ตกกระทบวัสดุจะเหนี่ยวนำให้เกิดการสั่นเล็กน้อยของโพลาไรเซชันในอะตอมแต่ละตัว (หรือการสั่นของอิเล็กตรอนในโลหะ) ทำให้แต่ละอนุภาคแผ่คลื่นทุติยภูมิขนาดเล็กออกไปทุกทิศทาง คล้ายกับเสาอากาศแบบไดโพลคลื่นทั้งหมดเหล่านี้รวมกันทำให้เกิดการสะท้อนแบบกระจกและการหักเหตามหลักการของฮุยเกนส์-เฟรสเนล

ในกรณีของวัสดุไดอิเล็กทริก เช่น แก้ว สนามไฟฟ้าของแสงจะกระทำต่ออิเล็กตรอนในวัสดุ และอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จะสร้างสนามและกลายเป็นตัวแผ่รังสีใหม่ แสงที่หักเหในแก้วเป็นการรวมกันของรังสีที่แผ่ไปข้างหน้าของอิเล็กตรอนและแสงตกกระทบ ส่วนแสงสะท้อนเป็นการรวมกันของรังสีที่แผ่กลับไปด้านหลังของอิเล็กตรอนทั้งหมด

ในโลหะ อิเล็กตรอนที่ไม่มีพลังงานยึดเหนี่ยวเรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระ เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้สั่นไหวไปพร้อมกับแสงที่ตกกระทบ ความแตกต่างของเฟสระหว่างสนามการแผ่รังสีของอิเล็กตรอนกับสนามแสงที่ตกกระทบคือ π เรเดียน (180°) ดังนั้นการแผ่รังสีไปข้างหน้าจะหักล้างกับแสงที่ตกกระทบ และการแผ่รังสีไปข้างหลังก็คือแสงสะท้อนนั่นเอง

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและสสารในแง่ของโฟตอนเป็นหัวข้อหนึ่งในควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์ และ ริชาร์ด ไฟน์แมนได้อธิบายรายละเอียดไว้ในหนังสือยอดนิยมของเขาเรื่อง QED: The Strange Theory of Light and Matter

เมื่อแสงตกกระทบพื้นผิวของวัสดุ (ที่ไม่ใช่โลหะ) แสงจะสะท้อนออกไปในทุกทิศทางเนื่องจากการสะท้อนหลายครั้งจากความไม่สม่ำเสมอในระดับจุลภาคภายในวัสดุ (เช่นขอบเกรนของ วัสดุ ผลึกหลายเหลี่ยมหรือ ขอบ เซลล์หรือเส้นใยของวัสดุอินทรีย์) และจากพื้นผิวของวัสดุหากพื้นผิวนั้นขรุขระ ดังนั้นจึงไม่เกิด 'ภาพ' ขึ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนแบบกระจายรูปแบบที่แน่นอนของการสะท้อนขึ้นอยู่กับโครงสร้างของวัสดุ แบบจำลองที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการสะท้อนแบบกระจายคือการสะท้อนแบบแลมเบิร์ตซึ่งแสงจะสะท้อนด้วยความสว่าง (ในการวัดแสง) หรือความส่องสว่าง (ในการวัดรังสี) ที่เท่ากันในทุกทิศทาง ตามที่กำหนดโดยกฎโคไซน์ของแลมเบิร์ต

แสงที่ส่งมายังดวงตาของเราจากวัตถุส่วนใหญ่ที่เรามองเห็นนั้นเกิดจากการสะท้อนแบบกระจายจากพื้นผิวของวัตถุ ดังนั้นนี่จึงเป็นกลไกหลักในการสังเกตทางกายภาพของเรา^{[ 2 ]}

พื้นผิวบางชนิดแสดงคุณสมบัติการสะท้อนแสงย้อนกลับ โครงสร้างของพื้นผิวเหล่านี้ทำให้แสงสะท้อนกลับไปในทิศทางเดียวกับที่แสงมาจาก

เมื่อบินอยู่เหนือเมฆที่ได้รับแสงแดด บริเวณรอบเงาของเครื่องบินจะดูสว่างขึ้น และอาจเห็นผลคล้ายกันจากน้ำค้างบนพื้นหญ้า การสะท้อนกลับบางส่วนนี้เกิดจากคุณสมบัติการหักเหของแสงบนพื้นผิวโค้งของหยดน้ำ และคุณสมบัติการสะท้อนแสงที่ด้านหลังของหยดน้ำ

เรตินาของสัตว์บางชนิดทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนแสง (ดู รายละเอียดเพิ่มเติมได้ใน tapetum lucidum ) ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการมองเห็นในเวลากลางคืนของสัตว์เหล่านั้น เนื่องจากเลนส์ในดวงตาของพวกมันปรับเปลี่ยนเส้นทางของแสงที่เข้ามาและออกไป ทำให้ดวงตาทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนแสงที่แข็งแรง ซึ่งบางครั้งเราอาจเห็นได้ในเวลากลางคืนขณะเดินป่าโดยใช้ไฟฉาย

ตัวสะท้อนแสงแบบง่ายๆ สามารถสร้างได้โดยการวางกระจกธรรมดา 3 บานให้ตั้งฉากกัน ( ตัวสะท้อนแสงมุม ) ภาพที่ได้จะเป็นภาพกลับด้านของภาพที่เกิดจากกระจกบานเดียว พื้นผิวสามารถทำให้สะท้อนแสงได้บางส่วนโดยการเคลือบชั้นของทรงกลมหักเหแสงขนาดเล็กบนพื้นผิว หรือโดยการสร้างโครงสร้างคล้ายพีระมิดขนาดเล็ก ในทั้งสองกรณี การสะท้อนภายในทำให้แสงสะท้อนกลับไปยังจุดกำเนิด วิธีการนี้ใช้ในการทำป้ายจราจรและป้ายทะเบียนรถยนต์ให้สะท้อนแสงส่วนใหญ่กลับไปยังทิศทางที่แสงมาจาก ในการใช้งานนี้ การสะท้อนแสงที่สมบูรณ์แบบไม่เป็นที่ต้องการ เนื่องจากแสงจะถูกส่องกลับไปยังไฟหน้าของรถที่วิ่งสวนมาแทนที่จะส่องเข้าตาคนขับ

เมื่อแสงสะท้อนจากกระจกจะปรากฏภาพหนึ่งภาพ กระจกสองบานที่วางหันหน้าเข้าหากันพอดี จะทำให้เห็นภาพจำนวนอนันต์เรียงกันเป็นเส้นตรง ภาพหลายภาพที่เห็นระหว่างกระจกสองบานที่วางทำมุมกัน จะอยู่บนวงกลม^{[ 3 ]}จุดศูนย์กลางของวงกลมนั้นอยู่ที่จุดตัดสมมติของกระจก กระจกสี่บานที่เรียงเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส จะทำให้เห็นภาพจำนวนอนันต์เรียงกันเป็นระนาบ ภาพหลายภาพที่เห็นระหว่างกระจกสี่บานที่ประกอบกันเป็นรูปพีระมิด โดยที่กระจกแต่ละคู่ทำมุมกัน จะอยู่บนทรงกลม ถ้าฐานของพีระมิดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ภาพจะกระจายอยู่บนส่วนหนึ่งของทรงโดนัท^{[ 4 ]}

โปรดทราบว่าสิ่งเหล่านี้เป็นอุดมคติทางทฤษฎี ซึ่งต้องอาศัยการจัดเรียงที่สมบูรณ์แบบของแผ่นสะท้อนแสงที่เรียบเนียนและแบนราบอย่างสมบูรณ์แบบ ซึ่งจะไม่ดูดซับแสงใดๆ ในทางปฏิบัติ สถานการณ์เหล่านี้สามารถเข้าใกล้ได้ แต่ไม่สามารถบรรลุได้จริง เนื่องจากผลกระทบจากความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวใดๆ ในแผ่นสะท้อนแสงจะแพร่กระจายและขยายใหญ่ขึ้น การดูดซับจะค่อยๆ จางหายไปของภาพ และอุปกรณ์สังเกตการณ์ใดๆ (ทางชีวภาพหรือทางเทคโนโลยี) จะรบกวนการทำงาน

ในกระบวนการนี้ (ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าการผันกลับเฟส) แสงจะสะท้อนกลับไปในทิศทางเดิมอย่างแม่นยำเนื่องจากกระบวนการทางแสงแบบไม่เชิงเส้น ไม่เพียงแต่ทิศทางของแสงจะกลับทิศทางเท่านั้น แต่หน้าคลื่นจริงก็กลับทิศทางด้วยเช่นกันสามารถใช้ตัวสะท้อนแบบผันกลับ เพื่อขจัด ความคลาดเคลื่อนจากลำแสงโดยการสะท้อนแล้วส่งผ่านแสงสะท้อนนั้นผ่านเลนส์ที่ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนอีกครั้ง หากมองเข้าไปในกระจกผันกลับที่ซับซ้อน จะเห็นเป็นสีดำเพราะมีเพียงโฟตอนที่ออกจากรูม่านตาเท่านั้นที่จะไปถึงรูม่านตา

วัสดุที่สะท้อนนิวตรอน ได้ เช่นเบริลเลียมถูกนำมาใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์ในวิทยาศาสตร์กายภาพและชีววิทยาการสะท้อนของนิวตรอนจากอะตอมภายในวัสดุ มักถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดโครงสร้างภายในของวัสดุนั้น

เมื่อคลื่นเสียง ตามยาว กระทบกับพื้นผิวเรียบ เสียงจะสะท้อนอย่างสอดคล้องกันก็ต่อเมื่อขนาดของพื้นผิวสะท้อนมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นของเสียง โปรดทราบว่าเสียงที่ได้ยินมีช่วงความถี่กว้างมาก (ตั้งแต่ 20 ถึงประมาณ 17,000 เฮิรตซ์) และด้วยเหตุนี้จึงมีช่วงความยาวคลื่นที่กว้างมาก (ตั้งแต่ประมาณ 20 มิลลิเมตรถึง 17 เมตร) ดังนั้นลักษณะโดยรวมของการสะท้อนจึงแตกต่างกันไปตามพื้นผิวและโครงสร้าง ตัวอย่างเช่น วัสดุที่มีรูพรุนจะดูดซับพลังงานบางส่วน และวัสดุที่หยาบ (โดยที่ความหยาบสัมพันธ์กับความยาวคลื่น) มักจะสะท้อนไปในหลายทิศทาง—เป็นการกระจายพลังงานมากกว่าที่จะสะท้อนอย่างสอดคล้องกัน สิ่งนี้จึงนำไปสู่สาขาสถาปัตยกรรมเสียงเนื่องจากลักษณะของการสะท้อนเหล่านี้มีความสำคัญต่อความรู้สึกทางเสียงของพื้นที่ ในทฤษฎีการลดเสียงรบกวน ภายนอก ขนาดของพื้นผิวสะท้อนจะลดทอนแนวคิดของกำแพงเสียง ลงเล็กน้อย โดยการสะท้อนเสียงบางส่วนไปในทิศทางตรงกันข้าม การสะท้อนเสียงสามารถส่งผลกระทบต่อพื้นที่ทางเสียงได้

คลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดจากแผ่นดินไหวหรือแหล่งกำเนิดอื่นๆ (เช่นการระเบิด ) อาจสะท้อนกลับจากชั้นต่างๆ ภายในโลกการศึกษาการสะท้อนของคลื่นที่เกิดจากแผ่นดินไหวในระดับลึกทำให้ผู้เชี่ยวชาญด้านแผ่นดินไหวสามารถกำหนดโครงสร้างชั้นต่างๆ ของโลก ได้ การสะท้อนในระดับตื้นกว่านั้นใช้ในวิทยาการแผ่นดินไหวแบบสะท้อนเพื่อศึกษาเปลือกโลกโดยทั่วไป และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อสำรวจหาแหล่ง ปิโตรเลียมและก๊าซธรรมชาติ

นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าอาจมีการสะท้อนเวลา นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์ขั้นสูงที่ CUNY Graduate Centerรายงานว่าพวกเขาได้สังเกตการสะท้อนเวลาโดยการส่งสัญญาณบรอดแบนด์เข้าไปในแถบเมตาวัสดุที่เต็มไปด้วยสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์^{[ 5 ]} "การสะท้อนเวลา" ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการกล่าวถึงในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Physicsใน ปี 2023 ^{[ 6 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับภาพสะท้อน (Reflection )

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับผลงาน "ภาพสะท้อน" (Reflections )

• การสะท้อนเสียงบันทึกไว้เมื่อ 2019-01-04 ที่Wayback Machine
• ภาพเคลื่อนไหวแสดงการสะท้อนแสงด้วย QED
• การจำลองเกี่ยวกับกฎการสะท้อนของเสียงโดยมหาวิทยาลัยอมริตา