[科普中国]-光折射效应

当光从一种介质斜射入另一种介质时，它的传播方向一般会发生变化，这种现象叫做光的折射。而折射率，是衡量折射程度的衡量量，是入射角的正弦与折射角的正弦比，是入射光速与折射光速的反比，这就是折射定律。而正弦函数，是直角三角形夹角的对边与斜边的比。如果将入射光与法线组成一个入射直角三角形，入射光与法线夹角的正弦，就应该是这个直角三角形对边与斜边的比，而折射定律并没有这方面的内容，显然法线是不能做为该三角形斜边的，法线作为斜边，正弦的比就会与入射光无关了，据此就只能选择入射光作为该直角三角形的斜边，选择垂直于法线的直线为入射夹角的对边，因此入射夹角的正弦就是垂法线与入射光速的比值。同理，折射角的正弦就是垂法线与折射光速的比。如果入射光的垂法线叫上垂法线，折射光的垂法线就叫下垂法线，那么当入射光速大于折射光速时，在单位的时间内入射光的光程就会大于折射光的光程，入射光的三角形就会大于折射光的三角形，上垂法线就会比下垂法线要长，此时就会得不出折射率的正弦比会等于入射光速与折射光速成反比的等式，就会造成折射定律无法去解释光的色散性。

基本定义光折射效应是指根据光强度的空间分布，通过一级光电效应局部地改变介质折射率的现象。1

发现光折射效应于1966年由阿斯金(Ashkin）等人从LiNbO3及LiTaO3晶体中发现的。

产生原因该效应产生的原因是空间光强梯度分布不同而引起的光学特性的变化。能引起该效应的光强度大约几个毫瓦每平方毫米，光强度小是它的特点。

应用光从空气射入水中的光路图，折射光线与法线的夹角叫做折射角。实验表明，光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线与入射光线，法线在同一平面上，折射光线与入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角，入射角增大时，折射角也随着增大，当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变。

如果让光线逆着折射光线的方向从水或其他介质射入空气中，可以看到，进入空气中的折射光线就逆着原来入射光线的方向射出，就是说，在折射中光路也是可逆的。

看起来不过齐腰深的池水，不会游泳的人可千万不要冒失下去，因为它实际深度将没过胸部，可能会使你惊慌失措而发生危险。为什么呢？

这是因为从池底的一点A射向空气的光线，在水面处发生折射，折射角大于入射角，眼睛逆着折射光线看去，觉得好像是从水中的A1点射来的（示意图），眼睛看到的是A点的虚像A1，A1在A的上方，所以看起来池底升高，池水变浅了。

现象解释折射和颜色当白光通过无色玻璃和各种宝石的碎片时，就会形成鲜艳的各种颜色的光，这一事实早在牛顿的几个世纪之前就已有了解，可是直到十七世纪中叶以后，才有牛顿通过实验研究了这个问题。

牛顿首先做了一个有名的三棱镜实验，他在著作中记载道：“1666年初，我做了一个三角形的玻璃棱柱镜，利用它来研究光的颜色。为此，我把房间里弄成漆墨的，在窗户上做一个小孔，让适量的日光射进来。我又把棱镜放在光的入口处，使折射的光能够射到对面的墙上去，当我第一次看到由此而产生的鲜明强烈的光色时，使我感到极大的愉快。”牛顿的实验设计如下图：通过这个实验，在墙上得到了一个彩色光斑，颜色的排列是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫．牛顿把这个颜色光斑叫做光谱。2

光射到水中为什么会发生折射效应这是因为光在空气中和水中的传播速度不同。

是由于这两种介质的密度不相同。所以光从一种介质进入另一种介质，便会发生折射。

同样，光在空气中也会有折射的，这是因为空气上下的密度不相同，离地面越高的地方，空气越稀薄，所以密度越小。当太阳光射向地球时，它的折射规律与光线从空气射入水中的规律完全相同。

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院