8.2 光在界面的反射和折射
介质材料可以看作许多线性谐振子的集合, 在光
波场的作用下, 极化的原子或分子辐射的次波与
入射光波的相互干涉决定了光在介质中的传播规
律 。
8.2.1 光的反射和折射
材料的极化和磁化作用,, 拖住, 了电磁波的步伐,
使电磁波的传播速度变慢 。 根据麦克斯韦电磁理论,
电磁波在固体中的传播速度 v与反映材料极化特性的
相对介电常数 ?r和磁化特性的相对磁导率 ?r及真空中
的光速 c有如下的关系：
该式反映了材料的性质对光传播的影响 。 对于非磁
性材料, ?r?1.
由于光的传播速度因材料而异, 因此光从一种均匀
介质斜射入另一种均匀介质时, 在两种介质的界面
上一般都会发生反射和折射现象 。
rr
c
??
v=
8.2.2影响折射率的因素
折射率的定义得出麦克斯韦关系式：
?r=n2
该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系 。
材料的极化性质又与构成材料的原子的原子量, 电
子分布情况, 化学性质等微观因素有关 。
这些微观因素通过宏观量介电常数来影响光在材料
中的传播速度 。
为了进一步说明影响介质折射率的因素, 由克劳修
斯 -莫索蒂方程 得：
PM=
2
1
r
r
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03
n
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该式说明 单位体积中原子的数目越多,
或结构越紧密, 则折射率越大 。
另外在讨论电子的极化时, 从定性的简
化模型中导出了 ?e=4??0a3关系, 由于介
质的折射率随组成固体的原子的电子极
化率的增加而增加, 因此材料的折射率
随原子半径的增加而增加 。
归纳起来影响折射率 n值的因素有下列几方面：
（ 1） 构成材料元素的离子半径和电子结构 。
（ 2） 材料的结构, 晶型和非晶态 。
（ 3） 同质异构体 。 一般情况下, 同质异构材料的高
温晶型原子的密堆积程度低, 因此高温晶型的折射
率较低, 低温晶型原子的密堆积程度高, 因此其折
射率较高 。
（ 4） 外界因素对折射率的影响 。 材料在机械应力,
超声波, 电场等的作用下, 折射率会发生改变, 如
有内应力存在的透明材料, 垂直于受拉主应力方向
的 n大, 平行于受拉主应力方向的 n小 。 这些效应分
别称为光弹性效应, 声光效应, 电光效应等
在折射和反射过程中,p和 s两个分量的振动
是相互独立的 。
为了说明反射和折射各占多少比例，通过引
入反射率和折射率的概念。这里除了光的各
分量要分别计算外 ?还应区别三种不同的反射
率和透射率，即振幅反（透）射率，光强反
（透）射率和能流反（透）射率。它们的定
义和相互关系列与表 。
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P分量 S分量
振幅反射率
光强反射率
能流反射率
振幅透射率
光强透射率
能流透射率
反射率和透射率的变化规律 。
当光束正入射时, i1=i2=0,有简化
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因此反射率和折射率是由两种介质
的折射率决定的，如果 n1和 n2相差
很大，那么界面反射损失就严重。
这意味着在光学系统中当折射率增
大时，反射损失增大。
8.2.4介质的表面光泽
介质的表面光泽,是指材料表面光洁度非常高的
情况下的反射，反射光线具有明确的方向性，一
般称之为镜面反射。
在光学材料中利用这个性能达到各种应用目的。
例如雕花玻璃器皿，含铅量高，折射率高，因而
反射率约为普通钠钙硅酸盐玻璃的两倍，达到装
饰效果。
同样，宝石的高折射率使之具有强折射和高反射
性能。玻璃纤维作为通讯的光导管时，有赖于光
束总的内反射。这是一种可变折射率的玻璃或用
涂层来实现的。
漫反射
在陶瓷系统中大多数表面并不是完全光滑的, 因
此当光照射到粗糙不平的材料表面时, 发生相当
大的漫反射 。
对一不透明材料, 测量单一入射光束在不同方向
上的反射能量 。
漫反射的原因是由于材料表面粗糙, 在局部地方
的入射角参差不一, 反射光的方向也各式各样,
致使总的反射能量分散在各个方向上, 形成漫反
射, 材料表面越粗糙, 镜反射所占的能量分数越
小 。
介质材料可以看作许多线性谐振子的集合, 在光
波场的作用下, 极化的原子或分子辐射的次波与
入射光波的相互干涉决定了光在介质中的传播规
律 。
8.2.1 光的反射和折射
材料的极化和磁化作用,, 拖住, 了电磁波的步伐,
使电磁波的传播速度变慢 。 根据麦克斯韦电磁理论,
电磁波在固体中的传播速度 v与反映材料极化特性的
相对介电常数 ?r和磁化特性的相对磁导率 ?r及真空中
的光速 c有如下的关系：
该式反映了材料的性质对光传播的影响 。 对于非磁
性材料, ?r?1.
由于光的传播速度因材料而异, 因此光从一种均匀
介质斜射入另一种均匀介质时, 在两种介质的界面
上一般都会发生反射和折射现象 。
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8.2.2影响折射率的因素
折射率的定义得出麦克斯韦关系式：
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该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系 。
材料的极化性质又与构成材料的原子的原子量, 电
子分布情况, 化学性质等微观因素有关 。
这些微观因素通过宏观量介电常数来影响光在材料
中的传播速度 。
为了进一步说明影响介质折射率的因素, 由克劳修
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或结构越紧密, 则折射率越大 。
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质的折射率随组成固体的原子的电子极
化率的增加而增加, 因此材料的折射率
随原子半径的增加而增加 。
归纳起来影响折射率 n值的因素有下列几方面：
（ 1） 构成材料元素的离子半径和电子结构 。
（ 2） 材料的结构, 晶型和非晶态 。
（ 3） 同质异构体 。 一般情况下, 同质异构材料的高
温晶型原子的密堆积程度低, 因此高温晶型的折射
率较低, 低温晶型原子的密堆积程度高, 因此其折
射率较高 。
（ 4） 外界因素对折射率的影响 。 材料在机械应力,
超声波, 电场等的作用下, 折射率会发生改变, 如
有内应力存在的透明材料, 垂直于受拉主应力方向
的 n大, 平行于受拉主应力方向的 n小 。 这些效应分
别称为光弹性效应, 声光效应, 电光效应等
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为了说明反射和折射各占多少比例，通过引
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这意味着在光学系统中当折射率增
大时，反射损失增大。
8.2.4介质的表面光泽
介质的表面光泽,是指材料表面光洁度非常高的
情况下的反射，反射光线具有明确的方向性，一
般称之为镜面反射。
在光学材料中利用这个性能达到各种应用目的。
例如雕花玻璃器皿，含铅量高，折射率高，因而
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同样，宝石的高折射率使之具有强折射和高反射
性能。玻璃纤维作为通讯的光导管时，有赖于光
束总的内反射。这是一种可变折射率的玻璃或用
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漫反射
在陶瓷系统中大多数表面并不是完全光滑的, 因
此当光照射到粗糙不平的材料表面时, 发生相当
大的漫反射 。
对一不透明材料, 测量单一入射光束在不同方向
上的反射能量 。
漫反射的原因是由于材料表面粗糙, 在局部地方
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致使总的反射能量分散在各个方向上, 形成漫反
射, 材料表面越粗糙, 镜反射所占的能量分数越
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