光折射现象的微观解释
光的折射本质
DL
1、光的折射
光的折射是指光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折的现象。
折射有很多种解释，这些解释符合折射定律。现代物理学中，也有从介质与光相互作用这一角度来进行阐释的。但具体如何实现，其内在原理仍旧缺少详细说明。下面将在现有理论的基础之上，就折射现象的基本原理作深入解析。
2、光介质的有效区和有效半径
所谓“有效区”，指当单个光子处在介质中时，介质中同时对光子产生作用的微观粒子的集合。有效半径指球状有效区的半径。理论上，光子处在这些微观粒子的中心位置，有效区成球状包围光子。当光子移动时，有效圈范围跟随而动，并始终保持光子处在中心位置。在同一介质中，有效区的大小基本固定不变。有效区范围外的介质粒子对光子的影响微小忽略不计。
3、折射过程与折射偏角的来源
一个光子，与法线夹角i从介质a进入介质b中，整个过程从光子在介质a中的有效圈接触介质b之前开始算起，到光子在介质b中的有效圈不再接触介质a为止。此时光子在介质b中的传播方向与法线的夹角为i' 。介质a、b的折射率分别为na、nb。
整个过程种，有效圈的移动路径分为两部分，前半部分处在介质a中，后半部分处在介质b中。
为了弄清楚折射角的来源，先假设上述过程不发生折射，即整个过程光子延直线传播。
得到如下轨迹。
图（1）
在上图右边部分，由于光线没有发生偏转，假设两种介质的有效半径相等，就会形成如图所示的有效区轨迹。
光子受到介质的作用力，下半部分的作用力由a1+b1提供，上半部分的作用力由a2+b2提供。因此，“光线不发生偏转”成立的条件是：整个过程中，由a1和b1产生的作用效果，与由a2和b2产生的作用效果相同。
设a介质的平均作用效果为m，b介质的平均作用效果为n。
在介质a中，其受到向上的总作用效果为
s1 = (a2-a1)m
介质b中，其受到向下的总作用效果为
s2=（b1-b2）n
理论上，不同介质对光子产生作用效果的力是同一种力。因此认为，对光子产生作用效果越强的介质，其有效半径也越大。而折射率是衡量介质对光子作用程度的最佳指标。可以认为，折射率正比于介质对光子的作用效果，正比于有效区范围的大小，正比于有效半径的大小。同时，这里还受光自身能量大小的影响，光子能量越大，其受介质影响的程度越大。
因此，当m>n时，a2-a1>b1-b2，s1 > s2，整个过程使光向上偏转，光折射角i’>i 。
同理，当m<n时，a2-a1<b1-b2，s1 < s2，整个过程使光向下偏转，光折射角i’<i 。
只有在m=n时，s1与s2相等，光线才不会发生偏转。
例如，当介质b对光子的作用效果更强时，或说当介质b的折射率大于介质a时，光子的偏转轨迹应类似下图（不区分有效半径）：
图2
4 光介质的有效区间理论与折射现象的具体解释
根据上述理论的简单推理，可以得出以下结论：
1）光子处在介质中时，介质对光子产生作用效果，这些同时产生作用的粒子的集合称为光介质的有效区。
2）不同介质的光介质有效区大小不同。其数值难以量化，但正比于介质的光折射率。
3）光的折射角度正比于入射介质的光介质有效区大小，反比于被射入介质的光介质有效区大小。
4）折射过程按上述方法反向推理结果不变，即折射过程可逆。
我们在讨论折射现象时，有时会无意识的忽略传入介质的作用效果，而只关注被传入介质的作用效果。这是因为我们会本能的认为，当光传入一种介质时，只有光所处在的这一种介质对光子产生了作用。而事实并非如此。三种不同的介质a、b、c，光线以入射角x从a传入c中，与光线以入射角x从b传入c中，两个过程的折射角度是不同的。这一现象与实际情况相符，而光介质的有效区理论能够很好的从微观角度解释这一现象。
5 光子在介质中的震荡前行
光子处在介质中时，其受到介质粒子来自四面八方的力的作用。但由于在微观上，这种力并不是一种恒稳的作用力，而是在光子处于不同位置时某写方向更强，比如当光子靠近某一个电子时，其受电子的作用力会变大。当作用力偏向一方时，光子会向那一方发生偏移，由于这种偏移不是指向特定的某一方向，而是指向四面八方，所以在光子的行进路线上，其偏移的轨迹也是不固定的，而是震荡的。光子在介质中行进，受这种不恒稳的力的影响，光子震荡前行。这种震荡的路径类似于波，但并不像波一样稳定。但总体来说光子受到的作用效果相互抵消，大部分光子在介质中的前进方向不会改变。
光子路径的震荡，使得光在介质中运动时路径变长，震荡越强烈，则路径变化越大。由于光速不变，故光子在介质中运动的世界变长，表现在宏观上，即光在介质中速度变慢。
6 拓展光的衍射现象
当光从狭缝中穿过时，会发生衍射现象。这种现象也可以用光介质的有效区理论进行简单说明。我们知道，原子的外层是能级分立的电子层。当光子处在能级分立的电层的不同能级时，受光介质的有效区间的作用效果影响，光子的运动轨迹会发生偏转。而由于原子的外层的轨道能级是分立的，因此偏转角度也会产生间隔，最后形成与原子轨道能级对应的光条。
