中国科普博览＿电信博物馆

交通规则

　　我们都知道，车在马路上行驶必须遵守一定的交通规则，这是安全和高效的保障。同样，光的传输也必须遵守光的“交通规则”。光在空间是沿直线传播的，耀眼的太阳光、五彩斑斓的霓虹灯、激光等都是沿直线传播的。只要没有障碍物，光就会一直地传下去。

　　如果往地上拍打皮球，皮球会弹起来。如果是笔直地望下拍，球就会笔直地弹回来。如果在排的时候有一个角度，球反弹时也会有一个角度。光和球一样，也能“反弹”，反弹起来的光就是反射光。当一束光线按照一定的角度射向一块平面镜时，它就会从镜面“反弹”出去，这种“反弹”现象就叫做光的反射，这种反射叫做菲涅尔反射。

光的反射和折射

　　光的反射服从反射定理： θ _in =θ _r，即反射角等于入射角。

　　光在反射时，改变了传播方向。同样，可以看到，当光以一定的角度从某种介质进入另一种介质时，它的传播方向也会改变，在两种介质的分界面上并不沿直线传播，而是发生了偏折，光的这种偏折现象叫做折射。现实生活中存在大量的折射现象。比如雨后的彩虹，它是由于阳光在不同折射率的大气中发生折射而形成的；又比如装满水玻璃杯中的筷子看上去是弯的。怎样认识光的折射现象呢？这是因为光在不同的介质中的传播速度是不同的，光在空气中的速度近似为光在真空中的速度，光在真空的速度是3×10⁸km/s。但是，光在其它媒质中传播时，速度就变慢了。例如，在水中光速就减至2.25×10⁸km/s。光在介质中的速度由这种介质的折射率决定。不同的介质有不同的折射率，光在折射率小的介质中跑的快，在折射率大的介质中跑得慢。

　　光的折射服从折射定律：n₁sin θ_in= n₂sinθ_z。

　　即光线从折射率为n₁的介质以入射角θin射到两个介质的分界面，并以θz进入折射率为n₂的介质中时满足上述关系。

　　劳动人民在长期的生产斗争中积累了丰富的实践经验。一位吹玻璃的工人观察到光可以从玻璃棒的一端传到另一端，而棒的四周没有光跑出来，这就是全反射现象。玻璃的折射率大于空气的折射率，合适的光进入玻璃棒后，光就在玻璃棒和空气的交界面上发生全反射，把光关在玻璃棒中，因而玻璃棒的四周看不见光。早期的光纤就是基于这一原理，用单一材料制成的，现在一般的塑料光纤也是利用这一原理传光的。

　　全反射定理的内容是这样的：光从波疏媒质进入波密媒质，当入射角增大到一定的角度时，折射光就会全部消失。即 θ_in>=arcsin 。其中θ_c＝arcsin ，称为临界角。

　　要产生全反射，必须有两个条件：第一，光必须从折射率大的介质射入折射率小的介质；其次，入射角必须大于临界角。二者缺一不可。光从折射率低的介质向折射率高的介质入射时，是绝对不会产生全反射的。