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光路的折射实质是什么? | 问答 | 果壳网 科技有意思

 h阴晴雨 2014-11-02
我们来讲讲惠更斯原理...

波前的每一点可以认为是产生球面次波的点波源,而以后任何时刻的波前则可看作是这些次波的包络。

我们知道物质都是由原子组成的,在折射的情况时,光照到原子上先被吸收 ,然后又原样释放出来
这样光的波阵面上的原子就成了一个一个的点光源,他们发出的光再进行合成,就成为出射光
当出射光的速度与入射光的速度不同时,合成出射光的方向就和入射光不同了,这就是折射

定量分析:
如图,蓝色的是入射光的波阵面,绿色的是出射光的波阵面



设光在介质 1、2中的速度分别为 v1、v2,取光束的宽度为 d
设t=0时刻光束左端与界面接触,则 t=dsinθ1/v1时光束的右端才接触到界面
此时光束的左端已前进 v2*dsinθ1/v1,由图中几何关系有



此即我们熟知的折射定律:



关于反射角的分析戳这里:光为什么会反射?

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附:关于介质中的光速小于真空中的光速的微观解释

上面我们说过光照到原子上会先被吸收 ,之后原子会在激发态停留一段时间,然后才退激释放光子
这样光子在很多原子间传播时会不断经历一个短暂的停顿
因此宏观上,光在介质中传播的平均速度,就小于真空中的光速了

定量分析就是定义“介电常数”ε和“磁导率”μ的事了,这两个参数需要通过实验来测定



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再附:

对不同频率的光,停留的时间不同,从而折射率不同,这种现象叫“色散

定量分析,维基里提到柯西公式,那只是局部近似的公式,实际的色散很复杂,基本全靠测



在某些特殊的X射线γ射线波段,折射率甚至能大于1,意味着光在介质中的相速度大于真空中的光速
这种情况是因为介质原子吸收了光子后,放出的是相位更加超前的光子,这样就显得相速度高了
(相速度超光速不代表信息超光速,有疑惑的戳这里:怎样浅显易懂地解释相速度和群速度

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