折射

 

折射（refraction），又名屈折，是一个光学名词，指光从一种介质进入另一种介质，或者在同一种介质中折射率不同的部分运行时，由于波速的差异，使光的运行方向改变的现象。例如当一条木棒插在水里面时，单用肉眼看会以为木棒进入水中时折曲了，这是光进入水里面时，产生折射，才带来这种效果。^[1]

筷子在水杯中-光发生折射

英文名称：index of refraction;refractive index

定义：光从真空射入介质发生折射时，光在发生折射时入射角与折射角符合斯涅尔定律（Snell'sLaw）。入射角i与折射角r的正弦之比n叫做介质的“绝对折射率”，简称“折射率”。

公式：n=sini/sinr ，这条公式被称为斯涅尔公式。

说明：表示在两种介抽中光速比值的物理量。当光线从空气穿入紧密的介质（固体、水或任何液体）时，即改变它的进行方向。光线入射角的正弦与折射角的正弦比，或光线通过真空时与通过介质时的速度比，就是折射率。折射率随介质的性质和密度、光线的波长、温度而变化。介质的折射率一般都大于1。同一介质对不同波长的光，具有不同的折射率。可见光折射率通常随着波长的减小而增大，即红光最小、紫光最大。除特别说明以外，某物体的折射率数值，是指对钠黄光（D线）说的。折射率的测定是在一定的温度下（通常是20℃）在折射计中进行。在某些情况下，可以利用折射率的测定观察聚合反应的进程。在涂料工业中，介质和颜料的折射率的差别，可用以决定涂料的遮盖力。在塑料工业中，折射率和温度的关系，可用以确定透明树脂的研究凝固温度。在油脂和香油工业中，从及晶体等中，折射率是一项重要的物理常数。^[2]

由荷兰数学家斯涅尔发现，是在光的折射现象中，确定折射光线方向的定律。当光由第一媒质（折射率n1）射入第二媒质（折射率n2）时，在平滑界面上，部分光由第一媒质进入第二媒质后即发生折射。实验指出：（1）折射光线位于入射光线和界面法线所决定的平面内；（2）折射线和入射线分别在法线的两侧；（3）入射角i的正弦和折射角i′的正弦的比值，对折射率一定的两种媒质来说是一个常数.
浅显的说，就是光由光速大的介质中进入光速小的介质中时，折射角小于入射角；从光速小的介质进入光速大的介质中时，折射角大于入射角。

此定律是几何光学的基本实验定律。它适用于均匀的各向同性的媒质。用来控制光路和用来成象的各种光学仪器，其光路结构原理主要是根据光的折射和反射定律。此定律也可根据光的波动概念导出，所以它也可应用于无线电波和声波等的折射现象。

折射定律（lawofrefraction）或斯涅尔定律（Snell'sLaw）
光线通过两介质的界面折射时,确定入射光线与折射光线传播方向间关系的定律,几何光学基本定律之一。入射光线与通过入射点的界面法线所构成的平面称为入射面,入射光线和折射光线与法线的夹角分别称为入射角和折射角,以θi和θt表示。折射定律为:①折射光线在入射面内。②入射角和折射角的正弦之比为一常数,用n21表示,即
sinθi/sinθt=n21
sinθi/sinθt=v1/v2=n21

式中n21称为第二介质对第一介质的相对折射率。
最早定量研究折射现象的是公元2世纪希腊人C.托勒密,他测定了光从空气向水中折射时入射角与折射角的对应关系,虽然实验结果并不精确,但他是第一个通过实验定量研究折射规律的人。1621年,荷兰数学家W.斯涅耳通过实验精确确定了入射角与折射角的余割之比为一常数的规律,即
cscθi/cscθt=常数
故折射定律又称斯涅耳定律。1637年,法国人R.笛卡儿在《折光学》一书中首次公布了具有现代形式正弦之比的规律。与光的反射定律一样,最初由实验确定的折射定律可根据费马原理、惠更斯原理或光的电磁理论证明之。
上述光的折射定律只适用于由各向同性介质构成的静止界面。^[3]

光由光密（即光在其中传播速度较小的）媒质射到光疏（即光在其中传播速度较大的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。

当光射到两种介质界面，只产生反射而不产生折射的现象．当光由光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角．当入射角增大到某一数值时，折射角将达到90°，这时在光疏介质中将不出现折射光线，只要入射角大于上述数值时，均不再存在折射现象，这就是全反射．所以产生全反射的条件是：①光必须由光密介质射向光疏介质．②入射角必须大于临界角．
临界角是折射角为90度时对应的入射角（只有光线从光密介质进入光疏介质且入射角大于临界角时，才会发生全反射）

光的折射规律：光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线与入射光线、法线在同一平面上，折射光线和入射光线分居法线两侧；折射角小于入射角；入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向介质表面时，传播方向不变，在折射中光路可逆。
理解：折射规律分三点：（1）三线一面（2）两线分居（3）两角关系分三种情况：①入射光线垂直界面入射时，折射角等于入射角等于0°；②光从空气斜射入水等介质中时，折射角小于入射角；③光从水等介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。^[4]

人们利用折射原理发明了透镜透镜有凸透镜和凹透镜，细分又有双凸、平凸、凹凸、双凹、平凹、凸凹六种。

中央部分比边缘部分厚的叫凸透镜，中央部分比边缘部分薄的叫凹透镜，凸透镜具有会聚光线的作用，所以也叫“会聚透镜”、“正透镜”（可用于近视与老花镜），凹透镜具有发散光线的作用，所以也叫“发散透镜”、“负透镜”(可用于近视眼镜)。

透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件，物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。

如，放大镜、望远镜、显微镜等

人们还将用光的全反射原理应用在了现代通讯，发明了光纤

光纤上载的不是电信号，而是光信号，这样使得信号传输距离比在电缆上增加许多，节省了成本，扩大了带宽

光纤分为两层，内层与外层密度不一样，为形成全反射创造条件；这样，当光以一定角度入射时，根据全反射原理，可产生全反射，于是，光在光纤中前进所消耗的能量非常小，所以，光信号在光纤中经过很长一段距离才需要用一个中继器加强强度。^[5]