题目

光路是可逆的如何解释?
书上说光路是可逆的,光也是一种波,那么波是否也是可逆的?能否用惠更斯原理解释光路是可逆的?（在折射现象中）

提问时间：2020-12-22

答案

惠更斯原理：波面上的每一点（面元）都是一个次级球面波的子波源,子波的波速与频率等于初级波的波速和频率,此后每一时刻的子波波面的包络就是该时刻总的波动的波面.
如图,一列平行光波由介质1射向介质2,a,b是这列光波的三条波线（光线）,由于未经过介质2前,a,b两波线波速、频率等完全一样,由于与临界面成一定角度,所以当波线a到达临界面上的A点时,波线b刚刚传到B点（图中虚线AB⊥波线b）.当然波线a传到临界面后不会停止传播,它会在A点形成一个子波源,分别向介质1和介质2以圆周式向四周发射波,其波速不变,依然和之前的波线a与波线b的波速等相等,只是以圆周形式向四周发射波.我们假设光波在介质1中的传播速度大于在介质2中的传播速度.若波线b由B点传播到临界面上的B’点所用时间为t,则在t时间内,由于同位于介质1,波速不变,子波源A向介质1中传播的波前与A的距离（即在介质1中的半圆A的半径）就是波线b由B点传到B’的距离（即BB’的长度）,形成波的反射.而子波源A向介质2中传播的波前与A的距离（即在介质2中的半圆A的半径）却小于BB’ ,因为波在介质2中的传播速度小于在介质1中的传播速度,相同时间t 内,速度v1>v2,所以路程S1>S2,形成波的折射.波线b到达临界面上的B’后,也将会以子波源的形式向四周发射波,所以B’传播的波前可以看作就是B’这个点.根据惠更斯原理,连接B’的波前（即点B’）与A在介质1和介质2中传播的波前（即过B’分别作两个半圆的切线B’M和B’N,切点分别为M,N,图中所示绿色直线）则切线B’M和B’N就是波前的包络面（即折射和反射后所形成的新的波前）,所形成两条的新的波线总是垂直于包络面,即AM⊥B’M,AN⊥B’N.则射线AN就是光线a的折射光线,射线AM就是光线a的反射光线.