[科普中國(guó)]-光折射效應(yīng)

當(dāng)光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，它的傳播方向一般會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做光的折射。而折射率，是衡量折射程度的衡量量，是入射角的正弦與折射角的正弦比，是入射光速與折射光速的反比，這就是折射定律。而正弦函數(shù)，是直角三角形夾角的對(duì)邊與斜邊的比。如果將入射光與法線組成一個(gè)入射直角三角形，入射光與法線夾角的正弦，就應(yīng)該是這個(gè)直角三角形對(duì)邊與斜邊的比，而折射定律并沒有這方面的內(nèi)容，顯然法線是不能做為該三角形斜邊的，法線作為斜邊，正弦的比就會(huì)與入射光無(wú)關(guān)了，據(jù)此就只能選擇入射光作為該直角三角形的斜邊，選擇垂直于法線的直線為入射夾角的對(duì)邊，因此入射夾角的正弦就是垂法線與入射光速的比值。同理，折射角的正弦就是垂法線與折射光速的比。如果入射光的垂法線叫上垂法線，折射光的垂法線就叫下垂法線，那么當(dāng)入射光速大于折射光速時(shí)，在單位的時(shí)間內(nèi)入射光的光程就會(huì)大于折射光的光程，入射光的三角形就會(huì)大于折射光的三角形，上垂法線就會(huì)比下垂法線要長(zhǎng)，此時(shí)就會(huì)得不出折射率的正弦比會(huì)等于入射光速與折射光速成反比的等式，就會(huì)造成折射定律無(wú)法去解釋光的色散性。

基本定義光折射效應(yīng)是指根據(jù)光強(qiáng)度的空間分布，通過(guò)一級(jí)光電效應(yīng)局部地改變介質(zhì)折射率的現(xiàn)象。1

發(fā)現(xiàn)光折射效應(yīng)于1966年由阿斯金(Ashkin）等人從LiNbO3及LiTaO3晶體中發(fā)現(xiàn)的。

產(chǎn)生原因該效應(yīng)產(chǎn)生的原因是空間光強(qiáng)梯度分布不同而引起的光學(xué)特性的變化。能引起該效應(yīng)的光強(qiáng)度大約幾個(gè)毫瓦每平方毫米，光強(qiáng)度小是它的特點(diǎn)。

應(yīng)用光從空氣射入水中的光路圖，折射光線與法線的夾角叫做折射角。實(shí)驗(yàn)表明，光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中時(shí)，折射光線與入射光線，法線在同一平面上，折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)，折射角小于入射角，入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大，當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，傳播方向不改變。

如果讓光線逆著折射光線的方向從水或其他介質(zhì)射入空氣中，可以看到，進(jìn)入空氣中的折射光線就逆著原來(lái)入射光線的方向射出，就是說(shuō)，在折射中光路也是可逆的。

看起來(lái)不過(guò)齊腰深的池水，不會(huì)游泳的人可千萬(wàn)不要冒失下去，因?yàn)樗鼘?shí)際深度將沒過(guò)胸部，可能會(huì)使你驚慌失措而發(fā)生危險(xiǎn)。為什么呢？

這是因?yàn)閺某氐椎囊稽c(diǎn)A射向空氣的光線，在水面處發(fā)生折射，折射角大于入射角，眼睛逆著折射光線看去，覺得好像是從水中的A1點(diǎn)射來(lái)的（示意圖），眼睛看到的是A點(diǎn)的虛像A1，A1在A的上方，所以看起來(lái)池底升高，池水變淺了。

現(xiàn)象解釋折射和顏色當(dāng)白光通過(guò)無(wú)色玻璃和各種寶石的碎片時(shí)，就會(huì)形成鮮艷的各種顏色的光，這一事實(shí)早在牛頓的幾個(gè)世紀(jì)之前就已有了解，可是直到十七世紀(jì)中葉以后，才有牛頓通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了這個(gè)問(wèn)題。

牛頓首先做了一個(gè)有名的三棱鏡實(shí)驗(yàn)，他在著作中記載道：“1666年初，我做了一個(gè)三角形的玻璃棱柱鏡，利用它來(lái)研究光的顏色。為此，我把房間里弄成漆墨的，在窗戶上做一個(gè)小孔，讓適量的日光射進(jìn)來(lái)。我又把棱鏡放在光的入口處，使折射的光能夠射到對(duì)面的墻上去，當(dāng)我第一次看到由此而產(chǎn)生的鮮明強(qiáng)烈的光色時(shí)，使我感到極大的愉快?！迸ｎD的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下圖：通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，在墻上得到了一個(gè)彩色光斑，顏色的排列是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫．牛頓把這個(gè)顏色光斑叫做光譜。2

光射到水中為什么會(huì)發(fā)生折射效應(yīng)這是因?yàn)楣庠诳諝庵泻退械膫鞑ニ俣炔煌?/p>

是由于這兩種介質(zhì)的密度不相同。所以光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，便會(huì)發(fā)生折射。

同樣，光在空氣中也會(huì)有折射的，這是因?yàn)榭諝馍舷碌拿芏炔幌嗤x地面越高的地方，空氣越稀薄，所以密度越小。當(dāng)太陽(yáng)光射向地球時(shí)，它的折射規(guī)律與光線從空氣射入水中的規(guī)律完全相同。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院