光线的传播

第二节　光线的传播

光线的传播遵循以下基本定律：

1．光线的直线传播定律：光在均匀媒质中沿直线方向传播。食、影和针孔成像等现象都证明这一事实，大地测量等很多光学测量工作也都以此为根据。

2．光的独立传播定律：两束光在传播途中相遇时互不干扰，仍按各自的途径继续传播；而当两束光会聚于同一点时，在该点上的光能量是简单相加的。

图1　反射定律示意图

3．反射定律：确定光（广义地说，包括各种波）在反射过程中反射光线方向的定律。光在两种媒质的平滑界面上反射时，如图1所示，反射光线OR位于由入射光线IO与界面入射点的法线ON所决定的平面内，反射光线和入射光线位于法线两侧，反射角与入射角大小相等，符号相反，即i_r＝－i。根据不同的界面情况，可能是全反射，也可能是部分反射，甚至是很小部分反射。

图2　折射定律示意图

4．折射定律：在光的折射现象中，确定折射光线方向的定律。光图在两种媒质的平滑界面上发生折射时，如图2所示，折射光线OT位于由入射光线IO与入射点O所决定的平面内；折射角i′的正弦与入射角i的正弦之比是一个与入射角大小无关、仅由两媒质折射率n和n′所决定的常数，即n′sini′＝nsini。由此可见，若光线由光密媒质向光疏媒质（例如从玻璃向空气）传播，因n＞n′，则i′＞i。当入射角满足sini_c＝n′／n，使sini′＝1时，折射角i′＝90°，此时折射光线沿界面折射，如再增大入射角，折射定律就不再适用，此时光线按反射定律全部反射回原媒质，此现象称为全反射。正好使折射角为90°时的入射角ic称为临界角。在光导纤维中，光线就是靠一次次的全反射来传播的。

基于上述光线传播的基本定律，可以计算光线在光学系统中的传播路径。这种计算过程称为光线追迹，是设计光学系统时必须进行的工作。