界面的反射与透射

增大入射角观察全反射

光从致密介质（下）走向稀疏介质（上）。增大入射角，折射光（绿）越来越贴向界面，反射光（金）越来越强。越过某个角度，折射光消失，光整体反弹。找出那个临界角在哪里。

光在界面分裂

当光跨越两种介质的界面——从空气到玻璃，或从水到空气——一束便分为两束。一部分成为弹回的反射光，一部分成为折入的折射光。两束光分得的能量之和等于原来光的能量。镜子成像、窗玻璃上隐约映出自己的身影，都是这种反射；水中的吸管看起来弯折，则是折射。

折射率与变慢的光

光在真空中最快，但在介质中变慢。变慢多少由折射率 n 表示，介质中的速度为 v = c/n。玻璃的折射率约 1.5，所以光在玻璃中以 c 的三分之二速度行进。在非磁性介质中 n 由介电常数定为 √ε_r。频率不变而速度下降，故波长变短。光在不同介质中变慢程度的这一差异，正是光弯折的原因。

斯涅尔定律

折射角遵循斯涅尔定律 n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂。光从致密介质（大 n）走向稀疏介质（小 n）时背离法线弯折，反之则朝法线弯折。反射更简单：反射角始终等于入射角（θ_r = θ₁）。为何有这些规则？因为在界面上，入射波与透射波的波峰必须步调一致。各介质中波长不同，要对齐波峰间距，角度就必须恰好按斯涅尔定律改变。

全反射

从致密介质走向稀疏介质时，增大入射角，折射角增长得更快，先到达 90°。那一刻的入射角就是临界角 θ_c，且 sinθ_c = n₂/n₁。入射角超过临界角后，斯涅尔定律将要求 sinθ₂ > 1，而这样的角并不存在。于是光完全无法透过、全部反射。这就是全反射。光纤把光封住送往远方、钻石闪耀、沙漠的海市蜃楼，都依赖它。

回到第一屏

在第一屏，入射角推得越高，折射光（绿）越向界面躺下，越过某个角度便消失得无影无踪，光整体作为反射光（金）返回。那个角就是临界角 θ_c，即满足 sinθ_c = n₂/n₁ 的角。小于它时，斯涅尔定律 n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂ 决定折射角，而反射角始终等于入射角。正因光在各介质中以不同速度奔行，它才在界面分裂并弯折。

至此光一直是自由扩展的波。从下一节(EM-26)起，我们处理传输线——把电磁波约束在两个导体之间、沿一个方向送出。在电缆中，电压与电流以波的形式奔行，并出现一个新量：特性阻抗。我们进入高频信号如何穿过电路。