1、光的全反射，真的全部反射了吗？1. 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：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：折射角等于 90o时的入射角，叫做临界角。3. 全反射现象是光线从光密媒质向光疏媒质中传播实践中，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
2、，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，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
3、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
4、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。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：杨发成
