2.1 光学基础知识

2.1.1 反射定律

无论是透明物体还是不透明物体，都要反射一部分射到它表面上的光。实验证明，光在反射时遵循反射规律。

反射光线、入射光线和法线在同一平面上，反射光线和入射光线分别位于法线两侧，反射角等于入射角，这就是反射定律。根据这个定律，我们可以知道，如果光线逆着原来反射光线的方向射到反射面上，它就要逆着原来入射光线的方向反射出去，所以在反射现象里，光路是可逆的。

一些物体的表面（例如，镜面、高度抛光的金属表面、平静的水面等）在受到平行光的照射时，其反射光也是平行的，这种反射叫镜面反射。因此，在镜面反射中，反射光向着一个方向，其他方向上没有反射光。

大多数物体的表面是粗糙的、不光滑的，即使受到平行光的照射，也会向各个方向反射光，这种反射被称为漫反射。借助漫反射，我们能从各个方向看到被照射的物体，把它和周围的物体区别开来。

2.1.2 折射定律

当光从一种介质进入另一种介质时（例如，从空气进入玻璃），在两种介质的界面处，一部分光进入后一种介质中，并且改变了原来的传播方向，这种现象叫作光的折射。入射光线与法线间的夹角 i 叫作入射角，折射光线与法线间夹角 r 叫作折射角。

折射光线、入射光线和法线在同一平面上，并且分别位于法线的两侧。实验证明入射角的正弦和折射角的正弦呈正比。如果用 n 来表示这个比例常数，就有：sin i /sin r ＝ n ，这就是光的折射定律。 n 叫作这种媒质的折射率。

理论和实验都证明：某种介质的折射率等于光在真空中的速度 c 和光在这种介质中的速度 v 之比，即 n ＝ c / v 。

因为光在真空中的速度 c 大于光在任何介质中的速度 v ，所以任何介质的折射率都大于1。光从真空射入任何介质时，sin i 都大于sin r ，即入射角大于折射角。

2.1.3 光纤导光原理

光在同一介质中传播时是直线传播，但是当光线照射到两种不同折射率的介质之间的界面上时，一部分光线被反射，另一部分光线被折射。当入射角大于或等于临界角时，在光疏介质中没有对应的折射光线存在，所有光线在界面上会全部被反射回光密介质中，这种现象被称为全内反射。

光通信正是利用了全内反射原理，当光的入射角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，传播到较远的地方。光在光纤中传播如图2.1所示。