生活中我們從來沒體會到光速，儘管有很多天才的實驗可以測出光速，但是和我們有多大關係呢？光總是以難以置信的速度瞬間使所有事物變亮。愛因斯坦說光速是宇宙中已知的最快速度。
c = 2.99792458x 108 m/s
“最快”其實是特指真空中，光在不同的透光介質中，傳播速度是不一樣的，比如在水中，光的速度比電的速度慢。準確的說c是已知的最快速度。不同的透光材料的折射率不同，光在不同的透光材料速度也不一樣了，就出現折射。今天聊一下折射。
折射 （refraction）
光從一種透明介質斜射入另一種透明介質時，光在兩種不同的物質裡傳播速度不同，兩種介質的交界處傳播方向一般會發生變化，這種現象叫光的折射。
折射現象是司空見慣的
另外，其實光在兩種介質的交界處還有很複雜的活動，既發生折射，同時也發生反射。反射光還是回到原來的介質，光速與入射光相同，折射的光速就不一樣了。
舉個例子來說折射，鼓樂隊在表演時候要求就是整齊劃一！但是在街道地面和草地地面或者沙地上表演，樂手走路的阻力差異很大。
街道上行走，阻力小，行走速度快。
草地上行走路，阻力大，行走速度慢。
如果是泥潭，肯定就更慢了，還有可能停下來（光是可以被延遲的，以後有機會再討論）。鼓樂隊碰到懸崖怎麼辦？肯定停下來了。光線如果碰到不導光的介質，那就被吸收了（也有部分被反射）。
鼓樂隊在地面和沙地的介面上發生的速度和角度變化，這幾個圖基本就說明白了。
（一）鼓樂隊沿著垂直方向進入沙地，角度不變，速度變慢。
（二）鼓樂隊在普通路面，速度正常，前後左右間距恆定。沿著某一角度走進沙地。
（三）鼓樂隊部分人員進入沙地，步伐先變緩了，旁邊的人也陸續進入，速度變慢，角度也在進入的過程中變了。
（四）鼓樂隊都在沙地上行走，速度慢，但是勻速，沒有角度變化，前後左右間距恆定。沿著某一角度走出沙地。
（五）部分人員走出沙地，步伐先變快了，旁邊的人也陸續走出，速度變快，角度也在走出沙地的過程中變了。
鼓樂隊走沙地的過程是基於光的微粒說來解釋，理解以後，我們再看電磁波透過玻璃板角度發生變化，就非常清晰了。
電磁波透過玻璃板角度發生變化
早期，牛頓是光的微粒說的支持者，牛頓時代以後的上百年，也無人撼動微粒說的地位。光的微粒說可以建立很好的模型來解釋光學現象。不過微粒說不好解釋光的偏振問題。後來微粒說和波動說的戰爭繼續，托馬斯楊（Thomas Young）的雙縫干涉展示了教科書級的波動說實驗結果；菲尼爾（Fresnel）的圓盤衍射實驗（後來被稱為“泊松亮斑”）提出了光的衍射理論，他也成功解釋了光的偏振問題；後來麥克斯韋方程讓波動說又達到頂峰…
不管光是波動還是微粒，對於工程應用來說，尋找更便於理解的理論，幫助解決實際問題才是關鍵。
折射率 refractive index
理解了折射，折射率就是區分不同材料（均勻介質）導光速度的一個標準值。
n = c/v
計算折射率的公式是恆定的真空光速c 除以在某種介質中光傳播的速度v。
幾個典型的材料折射率：
· 真空1
· 空氣1.0003（波長589.29nm）
· 水1.33（波長589.29nm）
· 石英玻璃1.45（波長589.29nm）
· 金屬鍺4.05 （波長3000 – 16000nm）
談折射率不談波長，就是沒有意義的。塞耳邁耶爾（Sellmier） 的模型非常好的描述特定透明介質中折射率和波長的經驗關係。
波長不一樣的光，傳播速度一樣。再打個比方。如果一個小朋友，以5公里/小時的速度行走，步伐較小（短波長）；另一大個子成年人，也是5公里/小時的速度行走，步伐大（長波長）。在人行道沒有人的時候，小朋友和成年人的速度一樣，一個小時行走5公里。但是當人行道擁擠時，在人群中穿梭躲避，小朋友受到更大阻力，彎曲角度就大。
光與材料相互作用與波長有關，紅光（長波長）比藍光（短波長）具有更少的能量傳播速度更快。
三稜鏡的七色光展示出折射率和波長的關係
身邊的折射應用-眼鏡
光學和歷史之間存在緊密的聯絡，找回前一段寫的一篇文章，1317年，玻璃製造商安傑洛·巴洛維亞發現富含氧化鉀和錳的海藻加入熔融的玻璃液，冷卻後就產生了一種異常晶瑩剔透的無色玻璃。無色玻璃的出現直接觸發了眼鏡的發明（包括後來的望遠鏡、顯微鏡）。同時印刷術降低了書籍成本，眼鏡和印刷引發人們文化水平突然提高，導致了文藝復興。
人們利用折射原理髮明瞭透鏡（凸透鏡和凹透鏡等等，型別很多）。中央部分比邊緣部分厚的叫凸透鏡，中央部分比邊緣部分薄的叫凹透鏡，凸透鏡具有匯聚光線的作用，可用於老花鏡；凹透鏡具有發散光線的作用，可用於近視眼鏡。
凸透鏡和凹透鏡
透鏡是組成顯微鏡光學系統的最基本的光學元件，物鏡、目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。如，放大鏡、望遠鏡、顯微鏡等。
實芯光纖和空芯光纖
石英玻璃纖芯的折射率是1.45左右；空芯光纖的纖芯是空氣，空氣的折射率基本是1。所以光應該在空芯光纖中傳播更快。這也是空芯光纖在通訊應用中的一個重要優勢，從折射率不同來看，空芯光纖可以比常規的石英玻璃材料光纖提高40%的光傳播速度。
傳統的石英玻璃實芯光纖和空芯光纖
