第二節(jié)　光線的傳播

光線的傳播遵循以下基本定律：

1．光線的直線傳播定律：光在均勻媒質(zhì)中沿直線方向傳播。食、影和針孔成像等現(xiàn)象都證明這一事實，大地測量等很多光學測量工作也都以此為根據(jù)。

2．光的獨立傳播定律：兩束光在傳播途中相遇時互不干擾，仍按各自的途徑繼續(xù)傳播；而當兩束光會聚于同一點時，在該點上的光能量是簡單相加的。

圖1　反射定律示意圖

3．反射定律：確定光（廣義地說，包括各種波）在反射過程中反射光線方向的定律。光在兩種媒質(zhì)的平滑界面上反射時，如圖1所示，反射光線OR位于由入射光線IO與界面入射點的法線ON所決定的平面內(nèi)，反射光線和入射光線位于法線兩側(cè)，反射角與入射角大小相等，符號相反，即i_r＝－i。根據(jù)不同的界面情況，可能是全反射，也可能是部分反射，甚至是很小部分反射。

圖2　折射定律示意圖

4．折射定律：在光的折射現(xiàn)象中，確定折射光線方向的定律。光圖在兩種媒質(zhì)的平滑界面上發(fā)生折射時，如圖2所示，折射光線OT位于由入射光線IO與入射點O所決定的平面內(nèi)；折射角i′的正弦與入射角i的正弦之比是一個與入射角大小無關(guān)、僅由兩媒質(zhì)折射率n和n′所決定的常數(shù)，即n′sini′＝nsini。由此可見，若光線由光密媒質(zhì)向光疏媒質(zhì)（例如從玻璃向空氣）傳播，因n＞n′，則i′＞i。當入射角滿足sini_c＝n′／n，使sini′＝1時，折射角i′＝90°，此時折射光線沿界面折射，如再增大入射角，折射定律就不再適用，此時光線按反射定律全部反射回原媒質(zhì)，此現(xiàn)象稱為全反射。正好使折射角為90°時的入射角ic稱為臨界角。在光導纖維中，光線就是靠一次次的全反射來傳播的。

基于上述光線傳播的基本定律，可以計算光線在光學系統(tǒng)中的傳播路徑。這種計算過程稱為光線追跡，是設(shè)計光學系統(tǒng)時必須進行的工作。