惠更斯小波的反射和折射

接近 18 世纪初，荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯 (Christiaan Huygens) 提出，光波中的每个点都可以被认为是一个单独的照明源，它产生自己的球面小波，所有这些小波加在一起形成一个前进的波前。这个交互式 Java 程序旨在根据多重小波概念（现在称为惠更斯原理）说明光的反射和折射。

本程序以光的入射波前以 45 度角通过介质 (介质 1 ) 向第二介质 (介质 2 ) 进行初始化。) 具有与个不同的折射率。当波前遇到两种介质之间的界面时，一部分光被反射，另一部分光被折射。微型半圆形红色波的周期性行代表共同组成入射波前和反射波前的惠更斯子波，而红色实线表示入射波前和反射波前的传播方向。如程序中所示，惠更斯小波组合形成一个垂直于传播方向的波前。穿透介质边界而被折射的小波用蓝色表示，穿过折射光束中心的线表示它们的传播方向。程序的速度以及光束和周围介质的某些特性可以通过操作各种滑块来调整。翻译入射角滑块会改变入射光的角度。类似地，可以通过移动折射率滑块中的一个或两个来改变两种介质的折射率。

在惠更斯的一生以及此后的很长一段时间里，科学家们就光的性质争论不休，有些人认为它是由粒子组成的，而另一些人则认为它是由波组成的。后来发现这两种观点都是部分正确的，但当时，科学家们普遍只支持一种看似相反的观点，因为它可以很好地解释光的行为。尽管在他成为主导观点之前将近一百年过去了，惠更斯的原理可以充分解释许多光学现象，但最擅长的是它对折射的表示。

正如在程序中所观察到的，根据惠更斯光模型，每个成角度的波前的一小部分在波前的其余部分到达界面之前撞击第二个介质。波前的这部分开始穿过第二介质，而波的其余部分仍在介质中传播。小波传播的速度取决于介质的折射率。如果第二种介质的折射率高于种介质，则光会变慢，反之亦然。由于在任何一种情况下，波前都以两种不同的速度传播，因此它会弯曲到第二种介质中，从而改变传播角度。

根据惠更斯的说法，反射也可以通过小波的概念来解释。如程序中所示，当小波从两种介质之间的界面反射时，它们不会改变速度，因为折射率没有变化。相反，当小波撞击第二个介质的表面时，它们会根据它们的到达角被反射，但每个波都会回到前面，产生一个反转的图像。