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1、光的全反射，真的全部反射了吗？光的全反射，真的全部反射了吗？1. 引言引言全反射现象，是光线从光密媒质向光疏媒质中传播时，当入射角增大至某一角度时，入射光线不再射入空气里，而全部反射回到玻璃里，这种现象叫做全反射。直白地说，三十多年前中学时的我，就对这亊产生了怀疑，今天把它说出来和大家分享。2. 概念概念光疏媒质：光疏媒质：两种媒质相比较，光在其中传播较快的，绝对折射率较小，这种媒质叫光疏媒质。光密媒质：光密媒质：两种媒质相比较，光在其中传播较慢的，绝对折射率较大，这种媒质叫光密媒质。临界角：临界角：折射角等于 90o时的入射角，叫做临界角。3. 全反射现象全反射现象是光线从光密媒质向光疏媒质
2、中传播实践中，当入射角增大至某一角度时，折射角将变成 90o。入射角再大一点，折射光线将不存在，入射光线不再射入空气里，而全部反射回到玻璃里。真的全反射了吗？我存疑虑。作者不是不相信技术的发展，也不是有意对现有的理论提出质疑，而是以理论为依据对真实实践进行分析。如图 1 所示，一块半球形玻璃砖，一支灵敏温度计放置在离 O 点 0.3 - 0.5mm 附近，让一束激光以大于临界角由 A 点射入，光束沿 OB 方向反射，此时观察温度计有明显上升。所以，光线在 O 点并没有全部反射回到玻璃里，还有很大一部分散射到空气里。为此，作者将入射、反射光束放大，见图 1 下方所示，运用惠更斯原理球形包络面作图
3、，也证实了全反射，并不是光线在疏、密界面得到了全部反射。图 1 中，W1 为入射波阵面，W2 为经界面 PQ 的反射波阵面。从概率统计观点分析，反射光束 OB，只是没有从界面 PQ 逃逸出玻璃的小部份屚网之魚，在惠更斯原理的束缚下沿 OB 传播罢了。假若相信光线在密、疏界面是全部反射，让人感觉奇怪的是，光子不往空旷开阔的空气、真空里走，而是选择密不透风的玻璃里，不变态吗？所以，不是光线不正常，而是人的思维偏离了客观现实。图 1. 光线在界面处的反射、散射示意图4. 光纤光纤最初的光导纤维，就是用玻璃制成的光纤。其光传播即按图 1 中方式在玻璃光纤界面的多次反射，且入射光束必须与光纤横截面有一角
4、度（入射角较大）方能实现。现代工业光纤是由玻璃或石英为材料制成的一个直径很小的正圆柱体，光纤的外层被一种折射率为 n1（小于光纤本身折射率为 n0）的薄层介质所包覆。有些光纤是采用梯度折射率材料制成的，折射率为内大外小。另一种，是近代科技发展起来的光纤数字通信和光学孤子（optical soliton）通信，这里主要讲点光孤子通信。光学孤子：在光纤的反常色散区, 由于色散和非线性作用，可产生一种非常规的现象，即光学孤子。一种特别的波，可传输很远距离而不变形。 其实，光纤里的自导光束，就是由光束强度引起光纤密度发生变化，光线又因光纤密度不同又引发折射变化，因而产生空间孤子（spatial soliton） 。光纤数字通信里的光学孤子，即是如图 2 所示的传播情形。同时输入光纤横截面上、下边缘的红色和兰色光线，经折射后在光纤中心轴交叉，又继续传播，多次重复前面的过程，便达到光脉冲由近及远的信号传输。从图 2 所示情形，光线交会点，极似凸透镜“焦点” ，犹如一光子凝聚体光子凝聚体。注：注：射入光纤的是一单色光束，为了图 2 中明示光线轨迹而选用了不同颜色。图 2. 光脉冲在光纤介质中传播示意图 E-mail: 作者：作者：杨发成杨发成
