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1、光学四、光學【光學】 物理學的一個部門。光學的任務是研究光的本性，光的輻射、傳播和接收的規律；光和其他物質的相互作用（如物質對光的吸收、散射、光的機械作用和光的熱、電、化學、生理效應等）以及光學在科學技術等方面的應用。17世紀末，牛頓倡立“光的微粒說”。當時，他用微粒說解釋觀察到的許多光學現象，如光的直線性傳播，反射與折射等，後經證明微粒說並不正確。1678年惠更斯創建了“光的波動說”。波動說歷時一世紀以上，都不被人們所重視，完全是人們受了牛頓在學術上威望的影響所致。當時的波動說，只知道光線會在遇到棱角之處發生彎曲，衍射作用的發現尚在其後。1801年楊格就光的另一現象（干涉）作實驗（詳見詞條：

2、楊氏干涉實驗）。他讓光源S的光照亮一個狹長的縫隙S1，這個狹縫就可以看成是一條細長的光源，從這個光源射出的光線再通過一雙狹縫以後，就在雙縫後面的螢幕上形成一連串明暗交替的光帶，他解釋說光線通過雙縫以後，在每個縫上形成一新的光源。由這兩個新光源發出的光波在抵達螢幕時，若二光波波動的位相相同時，則互相疊加而出現增強的明線光帶，若位相相反，則相互抵消表現為暗帶。楊格的實驗說明了惠更斯的波動說，也確定了惠更斯的波動說。同樣地，19世紀有關光線繞射現象之發現，又支持了波動說的真實性。繞射現象只能借波動說來作滿意的說明，而不可能用微粒說解釋。20世紀初，又發現光線在投到某些金屬表面時，會使金屬表面釋放電子

3、，這種現象稱為“光電效應”。併發現光電子的發射率，與照射到金屬表面的光線強度成正比。但是如果用不同波長的光照射金屬表面時，照射光的波長增加到一定限度時，既使照射光的強度再強也無法從金屬表面釋放出電子。這是無法用波動說解釋的，因為根據波動說，在光波的照射下，金屬中的電子隨著光波而振盪，電子振盪的振幅也隨著光波振幅的增強而加大，或者說振盪電子的能量與光波的振幅成正比。光越強振幅也越大，只要有足夠強的光，就可以使電子的振幅加大到足以擺脫金屬原子的束縛而釋放出來，因此光電子的釋放不應與光的波長有關。但實驗結果卻違反這種波動說的解釋。愛因斯坦通過光電效應建立了他的光子學說，他認為光波的能量應該是“量子化

4、”的。輻射能量是由許許多多分立能量元組成，這種能量元稱之為“光子”。光子的能量決定於方程E=h式中E=光子的能量，單位焦耳h=普朗光常數，等於6.62410-34焦耳秒=頻率。即每秒振動數。=c，c為光線的速度，為光的波長。現代的觀念，則認為光具有微粒與波動的雙重性格，這就是“量子力學”的基礎。在研究和應用光的知識時，常把它分為“幾何光學”和“物理光學”兩部分。適應不同的研究對象和實際需要，還建立了不同的分支。如光譜學，發光學、光度學，分子光學、晶體光學，大氣光學、生理光學和主要研究光學儀器設計和光學技術的應用光學等等。【光】 嚴格地說，光是人類眼睛所能觀察到的一種輻射。由實驗證明光就是電磁輻

5、射，這部分電磁波的波長範圍約在紅光的0.77微米到紫光的0.39微米之間。波長在0.77微米以上到1000微米左右的電磁波稱為“紅外線”。在0.39微米以下到0.04微米左右的稱“紫外線”。紅外線和紫外線不能引起視覺，但可以用光學儀器或攝影方法去量度和探測這種發光物體的存在。所以在光學中光的概念也可以延伸到紅外線和紫外線領域，甚至X射線均被認為是光，而可見光的光譜只是電磁光譜中的一部分。【光源】 物理學上指能發出一定波長範圍的電磁波（包括可見光與紫外線、紅外線和X光線等不可見光）的物體。通常指能發出可見光的發光體。凡物體自身能發光者，稱做光源，又稱發光體，如太陽、恒星、燈以及燃燒著的物質等都是

6、。但像月亮表面、桌面等依靠它們反射外來光才能使人們看到它們，這樣的反射物體不能稱為光源。在我們的日常生活中離不開可見光的光源，可見光以及不可見光的光源還被廣泛地應用到工農業，醫學和國防現代化等方面。光源主要可分為：熱輻射光源，例如太陽、白熾燈、炭精燈等；氣體放電光源，例如，水銀燈、螢光燈等。雷射器是一種新型光源，具有發射方向集中、亮度高，相干性優越和單色性好的特點。【幾何光學】 光學中以光的直線傳播性質及光的反射和折射規律為基礎的學科。它研究一般光學儀器（如透鏡、棱鏡，顯微鏡、望遠鏡、照相機）的成像與消除像差的問題，以及專用光學儀器（如攝譜儀、測距儀等）的設計原理。嚴格說來，光的傳播是一種波動

7、現象，因而只有在儀器的尺度遠大於所用的光的波長時，光的直線傳播的概念才足夠精確。由於幾何光學在處理成像問題上比較簡單而在大多數情況下足夠精確，所以它是設計光學儀器的基礎。【物理光學】 光學中研究光的本性以及光在媒質中傳播時各種性質的學科。物理光學過去也稱“波動光學”，從光是一種波動出發，能說明光的干涉、衍射和偏振等現象。而在赫茲用實驗證實了麥克斯韋關於光是電磁波的假說以後，物理光學也能在這個基礎上解釋光在傳播過程中與物質發生相互作用時的部分現象，如吸收，散射和色散等，而且獲得一定成功。但光的電磁理論不能解釋光和物質相互作用的另一些現象，如光電效應、康普頓效應及各種原子和分子發射的特徵光譜的規律

8、等；在這些現象中，光表現出它的粒子性。本世紀以來，這方面的研究形成了物理光學的另一部門“量子光學”。【光線】 光源發出之光，通過均勻的介質時，恒依直線進行，叫做光的直進。此依直線前進之光，代表其前進方向的直線，稱之為“光線”。光線在幾何光學作圖中起著重要作用。在光的直線傳播，反射與折射以及研究透鏡成像中，都是必不可少且要反復用到的基本手段。應注意的是，光線不是實際存在的實物，而是在研究光的行進過程中細窄光束的抽象。正像我們在研究物體運動時，用質點作為物體的抽像類似。【日蝕】 指地球進入月球的本影中，太陽被遮蔽的情形。當太陽、月球和地球在同一條直線上時便會發生。月球每月都會處於太陽與地球之間，不

9、過日食並不能每月看到，這是因為白道（月球的軌道）平面對地球軌道有5的傾角。月球可能時而在黃道之上或時而在黃道之下，故其陰影不能落在地球上。只有當太陽、月球和地球在一直線內，才能產生日蝕。如果地球的某一部分在月影之內，即發生日蝕；日蝕有全蝕、偏蝕、環蝕三種。地球上的某些地方正位於月球的影錐之內（即在基本影之內）這些地方就能觀看到日全蝕。錐外虛影所射到的地方（即半影內的地方）則看到偏蝕。月球離地球較遠的時候，影錐尖端達不到地面，這時從圓錐的延長線中央部分看太陽的邊緣，還有狹窄的光環，這就是發生的環蝕現象。環蝕在亞洲，一百年中只能遇見十幾次，在一個小地區欲見環蝕者，數百年也難得有一次機會。月影投到地

10、面上，急速向西走，所以某一地點能夠看見的全蝕時間非常的短，最長不過七分半鐘，平均約3分。日全蝕帶的寬度，平均約160公里。在某一地點能夠看見日全蝕的機會，非常的少；平均360年只有一次。日全蝕的機會雖少，而需要觀測和研究的問題甚多。例如日月相切時刻的測定。愛因斯坦引力說的證明等等。【木星】 在我國古代稱之為歲星，是九大行星中最大也最重的行星，它的直徑比地球的直徑大11倍，它的品質也比地球重317倍。它的自轉週期為9.842小時，是所有行星中最快的一個。木星上的大氣分佈很廣闊，其組成含氫（H2）氮（N2）、沼氣（甲烷CH4）及氨氣（NH3），因此，其表面完全為昏暗所籠罩著。木星離地球的距離為62

11、8 220 000公里，它的赤道直徑為142 804公里，比地球要大11倍。雖然它是太陽系最大的一顆行星，但它卻有最短的自轉週期，比起地球的一天短了14小時6分鐘；故知它是以極其驚人的速度不停地自轉著，就是在其赤道上的某一質點最少也以時速45 000公里的速度卷旋前進著。離心力在赤道地帶也大得驚人，結果便造成赤道的凸出，使此行星變成如一個壓扁的柳丁一樣。木星有四顆大衛星，被命名為木衛一、木衛二，都能用小望遠鏡看到，甚至有人能用肉眼觀察到。顯然它們的體積必定相當可觀，它們的直徑木衛一約是3719公里，木衛二約是3139公里，木衛三約是5007公里，木衛四約是5184公里。在這四顆衛星中，最靠近木

12、星表面的一顆就是木衛一。由於巨大的衛星引力。木衛一只能以42小時半的時間環繞木星一周。在這些木衛環繞木星的過程中，它們有時在木星之後所謂被掩，有時在木星的陰暗面，稱為蝕，有時在木星前叫作淩犯。【月蝕】 當地球位於太陽和月球之間而且是滿月時，進入地影的月球，就會發生月蝕。月球全部走到地影中的時候，叫做全蝕；只有一部分進入本影的時候，叫做偏蝕。月全蝕的時候可分做五象，當月球和本影第一次外切的時候，叫做初虧；第一次內切的時候叫做蝕既；月心和本影中心距離最近的時候，叫做蝕甚；當月球和本影第二次內切的時候，叫做生光；第二次外切的時候叫做複圓。偏蝕時，只有初虧、蝕甚、複圓三種現象。月蝕現象一定發生於望（陰

13、曆十五）的時候；但是望的時候，未必發生月蝕。這是因為白道（月球運行軌道）和黃道（地球運行的軌道）不相一致的緣故。但望時的月球如果距離交點太遠，將不能發生月蝕；必須在某一定距離之內，才可以發生月食，這一定的界限，叫做月蝕限；這限界是隨日、月、地球的距離和白道交角的變化而略有變動，最大值為12.2，最小值為9.5。月蝕最長時共維持3小時40分，其中1時40分為全蝕，其餘兩小時為偏蝕。月蝕如在地平以上發生，則因地球自轉，故可見地區超過半個地球。月全蝕時因地球大氣反射紅光進入地影，故可見古銅色微光之月面。月蝕次數雖較少，但見蝕帶極廣，而日蝕帶狹窄，故同一地區之居民，看見月蝕之次數較日蝕多。【光速】 一

14、般指光在真空中的傳播速度。真空中的光速是物理學的常數之一，它的特徵是：（1）一切電磁輻射在真空中傳播的速率相同，且與輻射的頻率無關；（2）無論在真空中還是在其他物質媒質中，無論用什麼方法也不能使一個信號以大於光速c的速率傳播；（3）真空中光速與用以進行觀測的參照系無關。如果在一伽利略參照系中觀察到某一光信號的速率為c=2.997931010釐米秒，那麼，在相對此參照系以速度v平行於光信號運動的另一個伽利略參照系中，所觀測到的光信號一定也是c，而不是cv（或c-v），這就是相對論的基礎；（4）電磁學理論中的麥克斯韋方程和羅倫茲方程中都含有光速。當用高斯單位來寫出這兩個方程時，這一點特別明顯。光在

15、真空中的速度為c，在其他媒質中，光的速度均小於c，且隨媒質的性質和光波的波長而不同。【光速之測定】 伽利略曾經建議，使光行一段7.5千米的路程以測定其速度，但因所用的設備不完善而未成功。此後，直到1675年，丹麥學者羅默在巴黎求得光速之可用數值。羅默把他的觀察擴展到宇宙之間，而其所用的研究對象則為木星衛星的成蝕。這些衛星之中最內層的因此，每經過此一週期之間隔，M便再次進入木星J之陰影中，而使地球上的觀察者暫時無法看到它。羅默發現，當地球E環繞太陽S作公轉木星衛星的成蝕要遲14秒鐘會才發生；又當地球在同一時間（即至於木星衛星的實際繞轉週期，則可根據地球公轉到E5或E8時所作之觀測求得。羅默認為此

16、一現象，確實是由於地球從E1運行到W2之時，光之進行必須跟在地球後面追趕上去，而當地球由E6運行到E7時，則光之進行可對著地球迎著趕上所致。由此可知，E1與E2或E6與E7之間的距離，與地球在木星的衛星繞木星一周所需要的時間內運行的路程相符合。因為地球公轉速度為30千米秒，所以此二距離都是等於42.5606030（千米），約為，4 600 000千米。這說明光需要多走14秒鐘始能趕上地球由E1至E2的這一段距離；另一方面它在地球由E6至E7向光迎頭趕上的這段距離中，光之行進卻能省下14秒鐘。由此得到光速約稍大於300 000千米秒（4 600 00014328 000千米秒）。當地球由E2遠離

17、木星而繼續運轉至E3、E4等處時，那麼當靠近E5時，則每次成蝕延遲之時間相繼地累積起來，直到地球漸近於E5時成蝕延遲時間逐漸減少為零了（此乃由於木星與地球間的距離之增加，由於接近E5而漸漸減少，終於抵達E5而趨於零所致）。故成蝕延遲之時間，當地球在半年之中由E8運轉至E5時，每次成蝕延遲時間相加起約等於1000秒。這也就是光從木星到達E5和光從木星到達E8這兩段行程所需的時間差（亦即光行經地球公轉軌道直徑E5E8所需之時間）。由天文學上可知地球公轉的軌道這直徑為d=300 000 000千米；利用此數值計算出的光速為這一數值要比根據每連續兩次木星衛星成蝕之時差所求得的光速更可靠一些。羅默測出的

18、光速c=315 000千米秒，和現在科學家採用更較精細的量度方法在真空中求得之光速的數值c=299 6964千米秒，實極接近。c=299 796這個數值是美國物理學家邁克耳孫測出的。在鐳射得以廣泛應用以後，開始利用鐳射測量光速。其方法是測出鐳射的頻率和波長，應用c=計算出光速c，目前這種方法測出的光速是最精確的。根據1975年第15屆國際計量大會決議，把真空中光速值定為c299 792 458米秒。在通常應用多取c=3108米秒。【邁克耳孫】 Michelson（18521931年）美國物理學家。他創造的邁克耳孫干涉儀對光學和近代物理學是一巨大的貢獻。它不但可用來測定微小長度、折射率和光波波長

19、等，也是現代光學儀器如付立葉光譜儀等儀器的重要組成部分。他與美國化學家莫雷（18381923年）在1887年利用這種干涉儀，作了著名的“邁克耳孫莫雷實驗，這一實驗結果否定了以太的存在，從而奠定了相對論的實驗基礎。1926年用多面旋鏡法比較精密地測定了光的速度。【光的直線傳播定律】 光在均勻媒質中是沿著直線傳播的。因此，在點光源（即其線度和它到物體的距離相比很小的光源）的照明下，物體的輪廓和它的影子之間的關係，相當於用直線所做的幾何投影。光的直線傳播定律是人們從實踐中總結出來的。而直線這一概念本身，顯然也是由光學的觀察而產生的。作為兩點間的最短距離是直線這一幾何概念，也就是光在均勻媒質中沿著它傳

20、播的那條線的概念。所以自古以來，在實驗上檢查產品的平直程度，均以視線為准。但是，光的直線傳播定律並不是在任何情況下都是適用的。如果我們使光通過很小的小孔，則我們只能得到一個輪廓有些模糊的小孔的像。孔越小，像越模糊。當孔而引起的。【光的反射】 光遇到物體或遇到不同介質的交界面（如從空氣射入水面）時，光的一部分或全部被表面反射回去，這種現象叫做光的反射，由於反射面的平坦程度，有單向反射及漫反射之分。人能夠看到物體正是由於物體能把光“反射”到人的眼睛裏，沒有光照明物體，人也就無法看到它。【光的反射定律】 在光的反射過程中所遵守的規律：（1）入射光線、反射光線與法線（即通過入射點且垂直於入射面的線）同

21、在一平面內，且入射光線和反射光線在法線的兩側；（2）反射角等於入射角（其中反射角是法線與反射線的夾角。入射角是入射線與法線的夾角）。在同一條件下，如果光沿原來的反射線的逆方向射到介面上，這時的反射線一定沿原來的入射線的反方向射出。這一點謂之為“光的可逆性”。【漫反射】 當一束平行的入射光線射到粗糙的表面時，因面上凹凸不平，所以入射線雖然互相平行，由於各點的法線方向不一致，造成反射光線向不同的方向無規則地反射，這種反射稱之為“漫反射”或“漫射”。這種反射的光稱為漫射光。很多物體，如植物、牆壁、衣服等，其表面粗看起來似乎是平滑，但用放大鏡仔細觀察，就會看到其表面是凹凸不平的，所以本來是平行的太陽光

22、被這些表面反射後，彌漫地射向不同方向。【平面鏡】 鏡的反射面是光滑平坦的面，叫做平面鏡。普通使用的鏡是在磨平後的玻璃背面塗有銀，或塗錫和水銀的合金。物體放在鏡前時，物體即映於鏡中而可以看見。這是由於物體反射出的光，於鏡面反射後進入眼睛所致。平面鏡成像，並非光線實際的集合點，所以叫做虛像。平面鏡所成之像的大小和原物體相同，其位置和原物體成對稱，因為像和鏡面的距離，恒與物體和鏡面的距離相等。實物在兩平面鏡間可引起多次反射而形成複像，其在每鏡中除由原物各成一像小，餘皆互以他鏡之像為物而形成。【潛望鏡】 從海面下伸出海面或從低窪坑道伸出地面，用以窺探海面或地面上活動的裝置，其構造與普通的望遠鏡相同，唯

23、另加兩個反射鏡使物光經兩次反射而折向眼中。潛望鏡常用於潛水艇，坑道和坦克內用以觀察敵情。【球面鏡】 反射面為球面的鏡，可用以成像。球面鏡有凹、凸兩種，反射面為凹面的稱“凹面鏡”，反射面為凸面的稱“凸面鏡”。連接鏡面頂點與其球心的直線稱為“主軸”。與主軸相近而與它平行的一束光線，被鏡面反射後，反射光線（或其延長線）與主軸相交，其交點稱為“焦點”。鏡面頂點和焦點之間的距離稱為“焦距”，等於球半徑的一半。凹鏡的球心和焦點（實焦點）都在鏡前，凸鏡的球心和焦點（虛焦點）都在鏡後。凹鏡有使入射光線會聚的作用，所以也稱“會聚鏡”，凸鏡有使入射光線發散的作用，所以也稱“發散鏡”。在反射望遠鏡中用到凹鏡；在汽車

24、前面供駕駛員看後面車輛情況的鏡子，則是凸鏡。【反射率】 又稱“反射本領”。是反射光強度與入射光強度的比值。不同材料的表面具有不同的反射率，其數值多以百分數表示。同一材料對不同波長的光可有不同的反射率，這個現象稱為“選擇反射”。所以，凡列舉一材料的反射率均應注明其波長。例如玻璃對可見光的反射率約為4，鍺對波長為4微米紅外光的反射率為36，鋁從紫外光到紅外光的反射率均可達90左右，金的選擇性很強，在綠光附近的反射率為50，而在紅外光的反射率可達96以上。此外，反射率還與反射材料周圍的介質及光的入射角有關。上面談及的均是指光在各材料與空氣分界面上的反射率，並限於正入射的情況。【球面鏡成像】 對於凸面

25、鏡只能使特成正立、縮小的虛像。如圖42（a）所示。由物A點出發的平行於光軸的光線，達到鏡面後將反射，其反射光的延長線必交球面鏡的焦點F上。而從A射向F的光線被球面反射後將平行於光軸。這兩條反射線，沒有實交點，只有虛交點A，也就是說視覺認為這兩條光線是從A發出的。物體上的B點發出的沿光軸的光線，即平行於光軸，又過焦點，故B為B點的像。在物體AB上的各點，接照前述辦法作圖，其各點的像點都在AB上，故AB即為AB的像。無論物AB在何處，它所發出的光射到球面鏡後而反射的光，沒有實交點，因此所成之像必為虛像。由圖中可以看出，物體在軸的上方，所成的虛像也在軸的上方，故所成之像為正立。無論AB在什麼位置，從

26、A點出發的平行於軸的光線一定在AF方向的光線的上方。此兩線的交點A必比A點更靠近軸，所以像是縮小的。根據上述方法作圖可知凹透鏡成像可有三種情況：（1）物在凹鏡前二倍焦距以外時，是倒立縮小的實像，見圖42（b）。（2）物在兩倍焦距以內，焦點以外時，則成倒立放大的實像，見圖42（c）。（3）當物位於焦點以內時，則成正立的放大的虛像，見圖42（c）。【光的折射】 凡光線在通過疏密不同介質交界面時改變方向的現象，稱為光之折射。如圖43所示，光線AB由空氣內斜向射至水面，自入射點B起，就向這點的法線EE偏折而取BM的方向。若在水底置一平面鏡M，使反射線MC再由水中透入空氣，則自入射點C起，離開法線FF偏

27、折，而取CD的方向。偏折後的光線BM和CD，稱為折射線，折射線和法線所成的角，如EBM和FCD，稱為折射角。由此可知光線由稀的介質入射到密的介質時，折射線常向法線偏向，故折射角常比入射角小；若由密的介質透入稀的介質時，折射線常離法線而偏向，折射角常比入射角大。當光線通過介質的密度在不斷變化時，光線前進的方向也隨之而改變，因此我們隔著火盆上的熱空氣看對面的東西時，會覺得那東西不停地在閃動著。這是由於火盆上面的空氣因受熱很快地上升，這部分空氣的密度便和周圍空氣的密度不同，而且熱度還不斷在變化，當由物體射來的光線通過這樣的空氣，其折射光線的路徑不斷發生變化，就會使物體變成了閃動的形狀。在炎夏中午時分

28、，假使躺在地上來看樹木、房屋和人物，它們的輪廓好像是透過一層流動的水一樣，而且動搖不定。這是因為那時十分炎熱，地面的輻射熱很多，溫度高，接近地面的空氣受熱，密度變小，因而上升，成為向上流動的氣流，由物體射來的光線通過這種變動著的氣流折射光線的路徑就不斷改變，因此所看到的物便都動搖不定。我們在夜裏看到天空中恒星的閃動，也是這個道理。大氣裏經常存在著密度不同的氣流和旋渦，當恒星的光線通過這種氣流時，就會使它原來折射的路徑發生變化，一會兒到左，一會兒到右，恒星是不會閃動的，都是這折射光造成的。又如太陽位於地平線附近時，光之折射作用尤大。在地平線下的太陽，陽光從太空（真空）平射至逐漸變化的光密媒質空氣

29、中而發生的折射，光線傳到地面是一曲線，因為光之折射的關係，太陽看上去就如同剛剛接觸到地平線的下緣一樣，其實它業已落至地平線以下了。同理，當太陽剛剛還在地平線下的時候，看上去它已升起來了。所以我們可以說：太陽實際上比我們肉眼所見的要落得早些而起的遲些；這等於說，光之折射將我們的白天稍稍加長了一點。【折射定律】 在光的折射現象中，確定折射光線方向的定律。當光由第一媒質（折射率n1）射入第二媒質（折射率n2）時，在平滑介面上，部分光由第一媒質進入第二媒質後即發生折射。實驗指出：（1）折射光線位於入射光線和介面法線所決定的平面內；（2）折射線和入射線分別在法線的兩側；（3）入射角i的正弦和折射角i的正

30、弦的比值，對折射率一定的兩種媒質來說是一個常數，即此定律是幾何光學的基本實驗定律。它適用於均勻的各向同性的媒質。用來控制光路和用來成象的各種光學儀器，其光路結構原理主要是根據光的折射和反射定律。此定律也可根據光的波動概念導出，所以它也可應用於無線電波和聲波等的折射現象。【折射率】 表示在兩種（各向同性）媒質中光速比值的物理量。光從第一媒質進入第二媒質時（除垂直入射外），任一入射角的正弦和折射角的正弦之比對於折射率一定的兩種媒質是一個常數。這常數稱為“第二媒質對第一媒質的相對折射率”。（n12），並等於第一媒質中的第一媒質）的折射率稱為這媒質的“絕對折射率”，簡稱“折射率”。由於光在真空中傳播的

31、速度最大，故其他媒質的折射率都大於1。同一媒質對不同波長的光，具有不同的折射率；在對可見光為透明的媒質內，折射率常隨波長的減小而增大，即紅光的折射率最小，紫光的折射率最大。通常所說某物體的折射率數值多少（例如水為1.33，玻璃按成分不同而為1.51.9），是指對鈉黃光（波長589310-10米）而言的。【光密與光疏媒質】 折射率較大的媒質（光在其中速度較小）與折射率較小的媒質（光在其中速度較大）相比較，前者稱“光密媒質”，後者稱“光疏媒質”。如水對空氣為光密，空氣對水為光疏。光從光疏媒質進入光密媒質時，要向接近法線方向折射，即折射角小於入射角；光從光密媒質進入光疏媒質時，要離開法線折射，即折射

32、角大於入射角。【折射定律的解釋】 折射定律的解釋，是利用原始形態的惠更斯原理。這種形式的惠更斯原理，實質上是幾何光學的原理，並且嚴格地說，只有在幾何光學適用的條件下，也即在光波的波長和波陣面的線度相比為無窮小時，才能夠加以應用。在這些條件下，它使我們能夠導出幾何光學的折射定律。假設以v1表示第一種媒質中的光波速度，以v2表示第二種媒質中的波速。設i是波陣面的法線OC與折射媒質表面的法線OD之間的夾角，見圖44。設在時刻t=0，波陣面的C點到達媒質表面時，和點O重合，則在波陣面從A點到達第二種媒質（點B）所需的時間為，次波便從作為中心的點O出發，傳播到某一個距離Of。以點O1，O2等為中心的各個次波，到指定時刻都傳播到相應的距離，在第二種媒質中給出許多元球面波f1、f2。按照惠更斯原理，諸元波的包絡面，即平面Bf2f1f，指出波陣面的實在位置。顯然將數值AB=v1和Of=v2代入式中，得到：v1sinr=v2sini或由此看到，惠更斯的理論解釋了折射定律，並且很容易使折射率的數值和傅科在150多年以後所做的實驗結果相符。應當注意，在折射現象中，光經過兩種媒質，所以折射率與兩種