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       光在同一種物質(zhì)中傳播時，是直線傳播的。但是光波從折射率較大的介質(zhì)入射到折射率較小的介質(zhì)時，在一定的入射角度范圍內(nèi)，光在邊界會發(fā)生反射和折射，如圖2.3.1a所示。入射光與法平面的夾角θi叫入射角，反射光與法平面的夾角θr叫反射角，折射光與法平面的夾角θt叫折射角。

       把筷子傾斜地插入水中，可以看到筷子與水面的相交處發(fā)生彎折，原來的一根直直的筷子似乎變得向上彎了，這就是光的折射現(xiàn)象，如圖2.3.1b所示。因?yàn)樗恼凵渎室瓤諝獾拇螅╪1>n2），所以折射角θt要比入射角θi大，所以我們看到水中的筷子向上翹起來了。

       水下的潛水員在某些位置時，可以看到岸上的人，如圖2.3.2中入射角為θi1的情況。但是當(dāng)他離開岸邊向遠(yuǎn)處移動，當(dāng)入射角等于或大于某一角度θc時，他就感到晃眼，什么也看不見，此時的入射角θc就叫臨界角。

圖2.3.1光的反射和折射

a）入射光、反射光和折射光b）插入水中的筷子變得向上彎曲了

圖2.3.2光線在界面的反射和折射使水下不同位置的潛水員看到的景色有別

       現(xiàn)在考慮一個平面電磁波從折射率為n1的介質(zhì)1傳輸?shù)秸凵渎蕿閚2的介質(zhì)2，并且n1>n2，就像光從纖芯輻射到包層一樣，如圖2.3.3和圖2.3.5a所示，ki、kr和kt分別表示入射光、反射光和折射光的波矢量，但因入射光和反射光均在同一個介質(zhì)內(nèi)，所以ki=kr；θi、θr和θt分別表示入射光、反射光和折射光方向與兩介質(zhì)邊界面法線的角度。

       入射光在界面反射時，只有θr=θi的反射光因相長干涉而存在，因入射光Ai和Bi同相，所以反射波Ar和Br也必須同相，否則它們會發(fā)生相消干涉而相互抵消，所有其他角度的反射光都不同相而發(fā)生相消干涉。

       折射光At和Bt在介質(zhì)2中傳輸，因?yàn)閚1>n2，所以光在介質(zhì)2中的速度要比光在介質(zhì)1中的大。當(dāng)波前AB從介質(zhì)1傳輸?shù)浇橘|(zhì)2時，我們知道在同一波前上的兩個點(diǎn)總是同相位的，入射光Bi上的相位點(diǎn)B經(jīng)過一段時間到達(dá)B′，與此同時入射光Ai上的相位點(diǎn)A到達(dá)A′。于是波前A′波和B′波仍然具有相同的相位，否則就不會有折射光。只有折射光At和Bt以一個特別的折射角θt折射時，在波前上的A′點(diǎn)和B′點(diǎn)才同相。

圖2.3.3光波從折射率較大的介質(zhì)入射到折射率較小的介質(zhì)在邊界發(fā)生反射和折射

        如果經(jīng)過時間t，相位點(diǎn)B以相速度υ1傳輸?shù)紹′，此時BB′=υ1t=ct/n1。同時相位點(diǎn)A以相速度υ2傳輸?shù)紸′，AA′=υ2t=ct/n2。波前AB與介質(zhì)1中的波矢量ki垂直，波前A′B′與介質(zhì)2中的波矢量kt垂直。從幾何光學(xué)可以得到（見圖2.3.3左上角的小圖）

      這就是斯奈爾定律，它表示入射角和折射角與介質(zhì)折射率的關(guān)系。該定律由威里布里德·斯奈爾（Willebrord Snell）于1621年重新發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在考慮反射波，波前AB變成A″B′，在時間t，B移動到B′，A移動到A″。因?yàn)樗鼈儽仨毻辔?，以便?gòu)成反射波，BB′必須等于AA″。因?yàn)锽B′=AA″=υ1t，從三角形ABB′和A″AB′可以得到

因此θr=θi，即入射角等于反射角，與物質(zhì)的折射率無關(guān)。

斯奈爾——折射定律發(fā)現(xiàn)者