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光的反射定律不成立的情况
光的反射定律是几何光学三大基本定律之一，实验表明：反射线在入射面内，反射角定于入射角。然而，在某些情况下，光在足够大的光滑的平面上也有反射定律不成立的情况。下面，我从两个方面说明以上的问题。
（1）光在运动介质中传播。当光通过两种不同介质的界面时就会发生反射现象。界面运动时对光的反射与静止时的有所不同。首先是有效界面发生了偏转。当一束平行光斜着射向界面时，其中较近的一侧与界面最先接触。但由于界面是运动的，所以当另一侧光到达界面时接触点已不在原来的位置上，而是向前移动了一段。这样有效界面就不是原界面了，而是光束先后两个接触点的连线了。其次是在运动的介质中，各个方向的绝对光速皆不相同，其波面呈在x轴向缩短的椭圆球形，球心在光源的正前方。光的传播方向与次生波的包络面也大多都不垂直，这样就使光的反射规律变得异常复杂。[1]
(2)光在静止介质中传播。
①当界面法线左右的介质不均匀时，即n1≠n2,则运用折射定律可得出入射角i不等于反射角i’。
n1
i
i’
n2
②光的反射定律可有惠更斯原理来解释，在各向同性媒质中，波
线总是与波面正交的，在各向异性媒质中情况有所不同。[2]
早期的微粒说认为，光的微粒由光源发出后，在透明的均匀媒质中以惯性飞行。当微粒遇到反射面时，它们像弹性小球一样反跳。这时微粒的切向速度vt不变，而法向速度vn反转，从而反射定律成立。[3]则试想在各向异性媒质中，反弹后的微粒vn不变，而vt变为vt′，则
vn vt′
vt vn
反射角不等于入射角，反射定律亦不成立。
③光的反射定律只是在λ很小的条件下才近似成立的，所以几何光学原理的适用范围是有限度的。[4] 例如哈佛大学研究人员利用硅片和空气界面处一层薄薄的金属阵列来演示一系列违背经典反射定律的现象。这个阵列中的每个组成单元都类似微小的英文字母“V”，其大小和间距都远小于光的波长以及入射光束横截面的尺寸。这些“V”字形的单元的大小、夹角和朝向都不同，这样设计是为了控制光波和不同单元的相互作用时间：每个金属“V”都类似一个光的陷阱，能够将光波“囚禁”一段时间再释放出来。阵列的设计使得这个“囚禁”时间沿界面从右向左线性增加，这样即使垂直入射，光束不同部分经历不同的时间延迟，透射以及反射光束就不再沿着垂直于界面的方向传播了。而当光以倾斜的角度入射，按不同的“界面”设计，反射和折射光可以被操纵朝向任何方向。反射角不一定等于入射角，反射光甚至可
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2024-04-01
