光学原理及应用
光学的基本原理和技术应用
光学的基本原理和技术应用光学是研究光的传播和相互作用规律的科学，它涉及到光的性质、光的传播方式以及光与物质之间的相互作用。
本文将介绍光学的基本原理，以及在日常生活和科学技术领域中的一些光学应用。
光的基本原理光是一种电磁波，具有波粒二象性。
根据波长的不同，可将光分为不同的频段，包括可见光、红外线、紫外线等。
其中，可见光是人眼能够感知到的光，波长约在400纳米到700纳米之间。
光的传播主要遵循直线传播和波动传播的原理。
直线传播意味着光在一定介质中沿直线传播，遇到界面时可能发生折射或反射。
波动传播则表示光以波的形式传输，具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性。
光的技术应用光学在日常生活和科技领域有许多重要应用。
下面将介绍几个典型的光学技术应用。
1. 光纤通信光纤通信是一种利用光的传输性能进行信息传输的技术。
通过将信息转换为光信号，并利用光纤中的反射和折射等特性来传输信号，可以实现高速、远距离、大容量的通信。
光纤通信已经成为现代通信系统中最重要的传输媒介之一。
2. 激光技术激光是一种具有高度定向性和高亮度的光束。
激光技术在医学、制造业、测量等领域有广泛应用。
例如在激光手术中，医生可以利用激光的高度聚焦性和高能量来进行精确的切割和治疗。
3. 光学显微镜光学显微镜是一种利用光学原理观察微小物体的仪器。
通过光的折射和放大效应，可以将细胞、组织和微小结构放大并可视化。
光学显微镜在医学、生物学、材料科学等领域的研究中起到了重要作用。
4. 光谱分析光谱分析是一种通过光的吸收、散射或发射特性来检测物质成分和特性的方法。
不同物质对光的吸收和发射具有独特的光谱特征，通过对光谱进行分析，可以得到物质的组成、浓度和性质等信息。
光谱分析在化学、环境监测、药物研发等领域被广泛应用。
5. 光学传感器光学传感器利用光的散射、吸收、衍射等特性来检测和测量物理量、化学物质或生物体的性质。
例如，光学传感器可以用于测量温度、压力、湿度等环境参数，或者用于检测血糖、血压等生理指标。
光学作用的原理和应用
光学作用的原理和应用1. 光学作用的原理光学作用是指光在物质中传播时所发生的各种现象和效应。
光的主要作用有折射、反射、散射、吸收和干涉等。
下面将逐一介绍这些光学作用的原理。
1.1 折射当光从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光密度不同，光线的传播方向会发生偏折。
这种现象称为折射。
折射的原理基于光在不同介质中传播速度不同的性质。
根据斯涅尔定律，折射角和入射角之间有一个固定的关系。
1.2 反射当光从一种介质传播到另一种介质表面时，部分光束发生了偏折，其余光束则被物体表面反射。
这种现象称为反射。
反射的原理是光在物体表面发生边界效应，使光线发生反方向传播。
1.3 散射散射是指光在通过介质时，与介质中的微粒或分子相互作用并改变传播方向。
散射的原理是光与物质粒子发生的弹性散射和非弹性散射。
1.4 吸收当光穿过某种物质时，物质中的原子或分子对光能量的一部分进行吸收。
吸收的原理是物质中的原子或分子吸收光能量，使其电子激发到一个较高的能级。
1.5 干涉干涉是指两束或多束光线相遇时，互相干扰产生的现象。
干涉的原理基于光的波动性质，光波的相位差决定了干涉效应的强弱和形态。
2. 光学作用的应用2.1 光学透镜光学透镜是一种利用折射原理的装置，广泛应用于光学仪器和成像设备中。
它可以将光线汇聚或发散，用于矫正视力、摄影、望远镜、显微镜等领域。
2.2 光纤通信光纤通信利用光的折射原理和全内反射原理，将信息通过光信号的传输来实现远距离的通信。
光纤通信具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点，广泛应用于电话、网络和电视信号的传输。
2.3 光电子器件光电子器件利用光的散射、吸收和干涉等作用，将光信号转化为电信号或将电信号转化为光信号。
光电二极管、光电传感器、激光器等都是光电子器件的典型应用。
2.4 光学测量光学测量是利用光的反射、折射和干涉等作用进行测量的一种方法。
例如激光测距仪、光干涉仪、光谱仪等都是利用光学作用进行测量的设备。
2.5 光学机器视觉光学机器视觉利用光的反射、折射和散射等作用，通过光学相机或传感器获取图像信息，并通过图像处理算法进行分析和识别。
光学在生活的应用及其原理
光学在生活的应用及其原理1. 光学概述光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、散射等现象以及利用这些现象制造光学仪器的一门学科。
光学在生活中有着广泛的应用，诸如透镜、眼镜、摄影、激光等。
下面将介绍一些常见的光学应用及其原理。
2. 透镜透镜是由两个或多个界面形成的，具有一定曲率的光学元件。
透镜常用于眼睛矫正、放大物体、聚焦等应用中。
透镜的原理是利用光的折射现象，通过改变光线的传播方向实现上述功能。
•凸透镜：使光线经过透镜后会发生聚焦，可以用来放大物体，常用于放大镜、显微镜等。
•凹透镜：使光线经过透镜后会发生发散，用于眼镜矫正等。
3. 眼镜眼镜是用于矫正人眼视力的设备，分为近视眼镜和远视眼镜。
近视眼镜通过适当的凹透镜矫正近视眼，远视眼镜则是通过凸透镜矫正远视眼。
眼镜的原理也是基于光的折射现象，通过改变光线的传播方向来矫正人眼的视力问题。
4. 照相机照相机是光学器件的典型应用之一，通过利用光的折射与反射原理，将所拍摄的图像聚焦在感光材料上，形成照片。
照相机有多个部分组成，包括镜头、快门、取景器等。
•镜头：作为光学系统的关键部分，将光线通过透镜组成像。
•快门：用于控制光线进入感光材料的时间，控制曝光。
•取景器：用于观察物体并对焦，可以帮助确定拍摄的范围和角度。
5. 激光激光是用一种特定的能量过程产生的具有高亮度、一定方向性、高相干度的电磁辐射。
激光具有很多应用，如激光切割、激光打标、激光医疗等。
激光的原理是通过受激辐射和光的波特性来产生一束高度聚焦的光束。
•受激辐射：利用一个辐射源的外部能量来激发原子或分子中的电子跃迁，产生一种与辐射源相同频率的光。
•波特性：激光具有高度的相干性和单色性，因此能够形成高度聚焦的光束。
6. 光纤通信光纤通信利用光的全内反射原理实现信息传输。
光纤可以将光信号通过光纤的传输线路传递到远距离的地方，具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优势。
光纤通信的原理是通过改变光纤中光的总反射角度来实现信息的传输。
光学的应用及原理
光学的应用及原理光学原理简介光学是一门研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射和吸收等现象的科学，也是物理学的重要分支之一。
在光学中，光的传播是基础，而光的折射和反射是光学原理的核心内容。
光的传播遵循直线传播原理，即光在均匀介质中的传播路径为一条直线。
而当光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，即光线的传播路径发生变化。
光的反射则是指光线从一种介质射入到另一种介质后，部分光线被反射回原介质的现象。
光学的应用领域光学作为一门重要的科学和技术，在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的光学应用领域：1.光通信：光纤通信是利用光的传输特性进行信息传递的技术，其具有高速传输、大容量等优点，在现代通信领域得到广泛应用。
2.光学测量：光学测量是利用光的特性进行物体测量的技术，包括距离测量、位移测量、速度测量等。
光学测量技术在制造、建筑、航空等领域有着广泛的应用。
3.光学显微镜：光学显微镜是利用光通过透镜对样品进行放大观察的装置，可用于生物学、医学、材料科学等领域的研究和应用。
4.光学传感器：光学传感器利用光的传播和干涉等特性进行测量和监测。
它在环境监测、生物传感器、医学诊断等领域起着重要作用。
5.激光技术：激光技术是利用光的特性产生单色、聚束、相干的光束，并对光束进行控制和利用的技术。
激光技术在医疗、材料加工、通信等领域有广泛应用。
光学原理的应用案例光纤通信案例光纤通信是利用光的传输特性进行信息传递的技术。
光纤通信系统由光源、光纤、光电转换器等组成。
通过将信息转换为光信号，并在光纤中进行传输，最后再通过光电转换器将光信号转换为电信号，实现信息的传递。
光学测量案例在建筑行业中，光学测量技术广泛应用于建筑测量、水准测量等。
例如，在建筑测量中，可以利用光学仪器进行定位和测量，用于精确测量建筑物的各种参数，如长度、角度、高度等，从而保证建筑物的准确性。
光学显微镜案例光学显微镜在生物学领域有着重要的应用。
例如，在细胞观察中，光学显微镜可以放大细胞的结构，观察细胞的形态和功能。
生活中的光学应用及原理
生活中的光学应用及原理1. 光学原理简介光学是研究光的传播和性质的科学领域，主要研究光的传播、衍射、干涉、折射、反射等现象及其相关原理。
在生活中，光学应用广泛，涉及到各个领域。
2. 光学应用于摄影领域•相机：相机是一种利用光学原理将光线通过镜头投射到感光材料上记录影像的设备。
光学原理在相机中的应用关键是通过透镜将光线聚焦到感光元件上，形成清晰的图像。
•镜头：镜头是相机光学系统的核心部件，它通过折射和反射光线，改变光线的传播方向，实现对景物的聚焦和成像。
•光圈：光圈是相机镜头的一个重要参数，它控制光线投射到相机感光材料上的数量和时间。
通过调节光圈大小，可以控制景深和快门速度，从而实现对照片的曝光控制。
3. 光学应用于眼镜制造•近视眼镜：近视眼镜是一种用来矫正近视视力的光学器具。
当眼球过于长或角膜曲率过大时，光线在眼球中无法准确聚焦到视网膜上，导致近视。
通过选择合适的凹透镜，近视眼镜可以让光线在眼球中适当发散，使光线能够准确聚焦到视网膜上，从而矫正近视。
•远视眼镜：远视眼镜是一种用来矫正远视视力的光学器具。
当眼球过于短或角膜曲率过小时，光线在眼球中无法准确聚焦到视网膜上，导致远视。
通过选择合适的凸透镜，远视眼镜可以让光线在眼球中适当汇聚，使光线能够准确聚焦到视网膜上，从而矫正远视。
4. 光学应用于显示技术•液晶显示屏：液晶显示屏是一种广泛应用于电视、电脑显示器等设备中的光学技术。
液晶显示屏利用液晶分子在电场作用下改变液晶分子排列，从而改变通过液晶层的光线的透过程度，实现对亮度的调控，从而显示图像。
•投影仪：投影仪是一种能将图像放大并投射到大屏幕上的光学设备。
投影仪利用透镜和反射系统来聚焦和放大光线，通过透射或反射将图像投射到屏幕上，实现显示图像。
5. 光学应用于激光技术•激光指示器：激光指示器是一种利用激光技术制作的小型手持设备。
激光指示器主要通过激光二极管产生高亮度的激光光束，用于指示、照明、演示等用途。
光学在生活的应用及其原理是什么
光学在生活的应用及其原理是什么引言光学是研究光的传播、发射、捕获和操控的科学领域。
在我们日常生活中，光学技术已经普及到很多领域，为我们提供了方便和乐趣。
本文将介绍光学技术在生活中的应用，并解释其背后的原理。
光学在通信领域的应用•光纤通信：光纤通信是一种利用光纤作为传输介质传递信息的技术。
它比传统的电信技术具有更高的带宽和更低的衰减率。
其原理是利用光纤中的光对信号进行传输，而光纤中的光是通过内部反射实现的。
•光传感器：光传感器使用光感应原理来测量光强度、颜色、方向等。
它在汽车、智能手机、工业自动化等领域得到广泛应用。
光传感器的工作原理是将光转换为电信号，并通过电路进行处理和分析。
光学在医疗领域的应用•扫描和成像技术：光学扫描和成像技术在医疗领域广泛应用于检测和诊断。
例如，光学相干断层扫描（OCT）可以提供高分辨率的组织图像，用于眼科、皮肤科和牙科等疾病的诊断。
其原理是利用光的散射和反射来获取组织内部的图像信息。
•激光治疗：激光在医疗领域被广泛用于手术和治疗。
例如，激光手术可以用于近视矫正和眼底病变的治疗。
激光治疗的原理是利用激光的高能量和高聚焦性来切割、焊接或破坏组织。
光学在能源领域的应用•太阳能光伏：太阳能光伏是利用太阳能将光能转化为电能的技术。
太阳能电池板使用光生电效应将光能转化为电能，从而实现能源的转换和储存。
其原理是通过光的能量将半导体中的电子从价带激发到导带，形成电流流动。
•光伏热发电：光伏热发电是一种将光能转化为热能，并利用热能发电的技术。
光伏热发电利用光伏器件吸收太阳光并将其转化为热能，然后利用热能产生蒸汽驱动涡轮机发电。
光学在娱乐领域的应用•光学投影：光学投影技术在娱乐领域广泛应用于电影院、演唱会和家庭影院等场合。
它使用光学系统将影像投射到幕布上，实现画面的放大和放映。
其原理是利用光的传播和聚焦来形成清晰的影像。
•光学游戏：光学游戏是一种使用光学技术创建交互式游戏体验的技术。
例如，虚拟现实游戏和增强现实游戏使用头部追踪和光学传感器来追踪用户的动作和位置，并将其反映到游戏中。
光学在生活中的应用和原理
光学在生活中的应用和原理引言光学是物理学的一个分支，研究光的性质和行为。
光是一种电磁波，对人类生活产生了深远的影响。
在我们的日常生活中，我们经常遇到光学的应用。
本文将介绍光学在生活中的应用和原理，并以列点的方式进行阐述。
光学在通信中的应用•光纤通信: 光纤通信是一种传输信息的方法，利用光的全反射原理来传送信号。
它具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点，广泛应用于电话、互联网和电视等领域。
•激光通信: 激光通信利用激光的高纯度和方向性，实现高速、稳定的通信。
它可以用于卫星通信、无线电通信和地面通信等场景。
•光电耦合器件: 光电耦合器件是将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号的器件。
在计算机、手机和电视等设备中，光电耦合器件广泛应用于传输和接收信号的过程中。
光学在视觉中的应用•眼镜: 眼镜是一种用来矫正视觉问题的光学工具。
近视眼镜和远视眼镜利用凸透镜原理来改变光的聚焦点，使得视力得到正常的恢复。
•显微镜: 显微镜是一种用来放大微小物体的光学仪器。
它利用物体对光的反射、折射和散射来获取放大的图像。
显微镜广泛应用于生物学、医学和材料科学等领域。
•照相机: 照相机利用镜头将光线聚焦在感光材料上，记录下光的信息，从而得到图像。
照相机是摄影爱好者和专业摄影师的重要工具。
光学在传感器中的应用•光电传感器: 光电传感器是一种将光信号转换成电信号的传感器。
光电传感器在自动化控制、反光测距和物体检测等领域起着重要的作用。
•光学遥感: 光学遥感是利用航空器和卫星等远距离感测技术获取地球表面信息的一种方法。
它广泛应用于地质勘探、环境监测和军事侦察等领域。
•光学传感器: 光学传感器利用光的散射、吸收和透射等特性来检测目标物体的信息。
光学传感器在测量和检测领域有着广泛的应用。
光学在显示技术中的应用•液晶显示器: 液晶显示器利用光的偏振和透射原理来显示图像。
它在电视、计算机显示器和智能手机等设备中得到了广泛的应用。
•有机发光二极管(OLED): OLED是一种通过电致发光原理来显示图像的技术。
光学在生活的应用及其原理论文
光学在生活的应用及其原理1. 序言光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射和吸收等现象的学科。
它广泛应用于日常生活中的许多领域，包括通信、医学、工业、娱乐等。
本文将介绍光学在生活中的应用及其原理。
2. 光学在通信领域的应用•光纤通信：光纤通信是利用光的全反射原理将信息通过光信号的传输来实现的。
光纤通信具有传输速度快、抗干扰能力强等优点，广泛应用于电话、互联网等领域。
•光子晶体通信：光子晶体是一种具有周期性的介质结构，在光学通信中可以将其作为光波导来传输信息，具有纳米级别的分辨率和高速的传输速度。
3. 光学在医学领域的应用•光学医学成像：光学医学成像是利用光的散射、吸收、透射等特性来实现对人体内部结构和功能的观察。
例如，X光、CT、MRI等技术都是通过光学原理来实现影像的生成。
•激光治疗：激光在医学领域具有广泛的应用，如激光手术刀、激光疗法等。
激光能够通过光散射、吸收等方式对人体进行精确的处理，具有低创伤、无痛苦等优点。
4. 光学在工业领域的应用•激光切割：激光切割是利用激光的高能量密度来对物体进行切割的技术。
激光切割具有精度高、速度快、不产生机械变形等优点，广泛用于金属、塑料等材料的加工。
•光学测量：光学测量是利用光学原理来对物体的尺寸、形状、表面质量等进行精确测量的技术。
例如，光学投影仪、激光测距仪等都是利用光的反射、折射等特性实现测量。
5. 光学在娱乐领域的应用•光学幕布：光学幕布是利用光的反射和散射特性来实现影像显示的技术。
光学幕布能够提高投影仪的显示效果，使影像更加清晰、明亮。
•光学游戏：光学游戏是利用光学原理设计的一类娱乐产品，如光学迷宫、光学拼图等。
通过光的反射、折射等现象，给用户带来视觉上的乐趣和挑战。
6. 结论光学在生活中的应用广泛而多样，从通信到医学，再到工业和娱乐，都离不开光学的原理。
本文对光学在生活中的应用及其原理进行了简要介绍，希望能够增加对光学学科的认识，并激发读者对光学的兴趣。
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光学的基本原理及应用人类很早就开始了对光的观察研究，逐渐积累了丰富的知识。
远在2400多年前，我国的墨翟(公元前468—前376)及其弟子们所著的《墨经》一书，就记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，可以说是世界上最早的光学著作。
现在，光学已成为物理学的一个重要分支，并在实际中有广泛应用．光学既是物理学中一门古老的基础学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景。
按研究目的的不同，光学知识可以粗略地分为两大类．一类利用光线的概念研究光的传播规律，但不研究光的本质属性，这类光学称为几何光学；另一类主要研究光的本性(包括光的波动性和粒子性)以及光和物质的相互作用规律，通常称为物理光学。
一、光学现象原理光的传播速度很快，地球上的光源发出的光，到达我们眼睛所用的时间很短，根本无法觉察，所以历史上很长一段时间里，大家都认为光的传播是不需要时间的．直到17世纪，人们才认识到光是以有限的速度传播的。
光速是物理学中一个非常重要的基本常量，科学家们一直努力更精确地测定光速．目前认为真空中光速的最可靠的值为c＝299 792 458 m/s在通常的计算中可取c＝3.00×108m/s玻璃、水、空气等各种物质中的光速都比真空中的光速小．（一）直线传播光能够在空气、水、玻璃透明物质中传播，这些物质叫做介质．在小学自然和初中物理中我们已经学过，光在一种均匀介质中是沿直线传播的．自然界的许多现象，如影、日食、月食、小孔成像等，都是光沿直线传播产生的．由于光沿直线传播，因此可以沿光的传播方向作直线，并在直线上标出箭头，表示光的传播方向，这样的直线叫做光线。
物理学中常常用光线表示光的传播方向。
有的光源，例如白炽灯泡，它发出的光是向四面八方传播的；但是有的光源，例如激光器，它产生的光束可以射得很远，宽度却没有明显的增加．在每束激光中都可以作出许多条光线，这些光线互相平行，所以叫做平行光线．做简单实验的时候，太阳光线也可以看做平行光线．（二）反射与折射阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到烈日的倒影；这说明光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光被反射，回到空气中．一般说来，光从一种介质射到它和另一种介质的分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射；而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做光的折射。
光的反射定律实验表明，光的反射遵循以下规律(图18－8)：过入射光线和界面的交点作界面的垂线ON，这条垂线就是法线．i 是入射角，r是反射角．(1)反射光线和入射光线、界面的法线在同一个平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧；(2)反射角等于入射角．这就是我们在初中学过的光的反射定律．由于反射角跟入射角总是相等的，所以如果使光线逆着原来的反射光线入射到两种介质的界面上，反射后会沿着原来的入射光线射出．这表明，在反射现象中光路是可逆的．(简介镜面反射及漫反射)光的折射定律在图18－10中，折射光线和法线的夹角r叫做折射角；入射光线和法线的夹角i叫做入射角．如果一种介质对光的吸收能力不强，光能够穿过，我们就说这种介质是“透明”的，否则就是不透明的．从实验可以看到，光从空气射入水中时折射角小于入射角，那么，一般情况下，折射角和入射角有什么数量关系？在很长的一段时间里，许多科学家作了多方面的尝试，直到1621年才由荷兰科学家斯涅耳(1580—1626)发现，入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常量．我们在初中已经学过折射光线、入射光线和法线的位置关系(图18－10)，结合斯涅耳的发现，光的折射定律可以这样表示：(1)折射光线跟入射光线和界面的法线在同一个平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧；(2)入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常量，即(1)在折射现象中，光路也是可逆的．这就是说，在图18－10中，如果让光线逆着折射光线从玻璃射向界面，折射光线也会逆着入射光线射入空气．折射率折射定律告诉我们，光从一种介质射入另一种介质时，尽管折射角的大小随着入射角的大小在变化，但是两个角的正弦之比是个常量，对于水、玻璃等各种介质都是这样．但是，对于不同介质，比值n 的大小并不相同，例如，光从空气射入水时这个比值为1.33，从空气射入普通的窗玻璃时，比值约为1.5．因此，常量n是一个能够反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率．光以什么角度通过两种介质的分界面时，传播方向不会变化？光在不同介质中的传播速度不同．理论研究证明：某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，即(2)根据光路可逆的道理，光从介质射入真空时，入射角和折射角的大小有什么关系？由于光在真空中的速度c大于光在任何介质中的速度v，从(2)式可以看出，任何介质的折射率n都大于1．于是又从(1)式看出，光从真空射入介质时，总有sin i＞sin r，即入射角大于折射角．光在真空中的速度跟在空气中的速度相差很小，可以认为光从空气射入某种介质时的折射率就是那种介质的折射率．下表列出了几种介质的折射率．全反射不同介质的折射率不同，我们把折射率小的介质叫做光疏介质，折射率大的介质叫做光密介质．光疏介质和光密介质是相对的，例如水、水晶和金刚石三种物质相比较，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说是光疏介质．光由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入玻璃)，折射角小于入射角，光线由光密介质射入光疏介质时(例如由玻璃射入空气)，折射角大于入射角，如图18－15．既然光由光密介质射入光疏介质时折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会十分接近90°，这时折射光几乎沿着平行于界面的方向传播．如果入射角再增大，会出现什么情况呢？图18－16中的电筒以不同的角度从水下把光射向水面，这个过程生动地表现了我们的推测．可以通过实验验证这个推测．如图18－17，让光透过玻璃射到玻璃砖的平直的边上，可以看到一部分光通过这条边折射到空气中，另一部分光反射回玻璃砖内．逐渐增大入射角，会看到折射光线离法线越来越远，而且亮度越来越弱，反射光线却越来越强．当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时折射光线完全消失，只剩下反射光线．这种现象叫做全反射．临界角上面的实验中，在入射角增大的过程中，刚刚能够发生全反射时的入射角，叫做全反射的临界角，这时的折射角等于90°．不同的介质，由于折射率不同，在空气中发生全反射的临界角是不一样的．下面我们计算折射率为n的介质在空气中发生全反射的临界角C．计算之前先想一想，光线分别从水和玻璃射入空气，哪种情况的临界角比较大？光从空气中以入射角i射到折射率为n的介质的界面上时，折射角为r(图18－18甲)，这三个物理量的关系可以用下式表示：根据光路可逆的道理，如果光线在介质中逆着折射光线射向界面，光线在空气中会逆着原来的入射光线射出，这时r和i就分别表示入射角和折射角了(图18－18乙)．假设这时入射角恰好为临界角C，则空气中的折射角为90°(图18－18丙)，再考虑到sin 90°=1，上式就可以写成于是解出可以看出，介质的折射率越大，全反射的临界角越小．从折射率表中查出物质的折射率，就可以用上式求出光从这种介质射到空气时发生全反射的临界角．水的临界角为48.7°，各种玻璃的临界角为32°～42°，金刚石的临界角为24.5°．全反射是自然界中常见的现象．例如，水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射．横截面为等腰直角三角形的玻璃棱柱(图18－19)常常代替平面镜用在光学仪器中．如图18－20甲，在玻璃内部，光线射到等腰直角三角形的底边时，入射角为45°，而玻璃在空气中的临界角为32°～42°，入射角大于临界角，全部光线被反射．这种棱镜叫做全反射棱镜．在它的两个直角边上也能发生全反射，如图18－20乙．望远镜为了获得较大的放大倍数，镜筒需要做得很长，使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度(图18－21)．家用平面镜为了保护反光用的金属镀层，把金属物质镀在镜子的背面．这样，前面玻璃和空气的界面所反射的光线会干扰金属镀层所成的像，所以光学仪器中的平面镜总把金属层镀在玻璃或其他平面材料的前面，但是这样就免不了发生锈蚀，降低反射能力．全反射棱镜没有这样的问题，反射效率很高，而且因为没有金属镀层，制作工艺简单．光导纤维同学们可能早就听说过“光纤通信”这个术语了．光纤通信就用到了全反射的知识．光纤是光导纤维的简称，它是一种非常细的玻璃丝，直径只有几微米到一百微米，而且分为内芯和薄薄的外套两部分(图18－22)．内芯的折射率比外套大，因此光在内芯中传播时会在内芯和外套的界面上发生全反射．光波实际上也是一种电磁波，它像无线电波那样也能用来传递信息．载有话音、图像及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿光纤传到千里以外的另一端，实现光纤通信．光纤通信的主要优点是能同时传送大量信息，数以万计的电话机可以使用同一条光纤进行通话而不互相干扰．我国目前已经在省会城市间基本建成全国性的光纤通信网．北京有线电视台则于1999年在北京全市范围内铺设了有线电视光缆．把一束玻璃纤维的两端按相同规律排列，具有不同亮暗和色彩的图像就能从一端传到另一端(图18－23)．用玻璃纤维也可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等内脏的内部．实际的内窥镜装有两组光纤，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察(图18－24)．（三）色散太阳、日光灯等发出的光，没有特定的颜色，叫做白光．如图18－28，让白光通过狭缝形成扁扁的一条光束，射到棱镜，受到偏折后照到屏上，我们预期可以看到一个跟狭缝宽窄相同的白色亮线．但是实际上却出现了许多具有不同颜色的亮线，它们互相连接，形成一条彩色亮带．这条亮带叫做光谱(彩图10)．这个现象说明了两个问题：第一，白光实际上是由各种单色光组成的复色光；第二，不同的单色光通过棱镜时的偏折程度不同，这表明棱镜材料对不同色光的折射率不同，也就是说，不同颜色的光在同一种介质中的传播速度不一样．由于实验中红光偏折的程度最小，紫光偏折的程度最大，所以，在同种介质中，按照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序从红光到紫光，传播速度一个比一个小．如果用厚度可以不计的薄玻璃制作一个密封的空心“棱镜”，把它放到水里，经过棱镜的光线向哪个方向偏折？画出图来试试看．不要忘记，根据139页的(2)式，折射率越大的物质，其中的光速越小．一般说来，复色光分解成单色光的现象，叫做色散．二、光学元件（一）平面镜（二）棱镜棱镜时透明材料做成的多面体。