光发生全反射时，折射光线还存在吗？ 第1页

一般讨论光的折射反射的时候，不建议使用纯几何光学，也就是“光线（ray）”来理解，因为折射和反射现象本身就是波粒二象性的体现，几何光学并不能充分描述光的本性。更好的理解是基于“平面波”或者“光束（beam）”的。

先说结论。如果入射的是一个平面波，对应平面波的波阵面无限大、结构无限大，全反射介质的厚度无限大，如果发生全反射，那么是不会发生波动意义上的折射的。但是题外话，这不代表光的能量无法进入全反射的介质。对于一道平面波，我们可以用自然指数 来描述，其中 是平面波的波矢（传播常数），代表的是平面波的传输方向和相位随空间 的变化速度，而 是平面波的频率，代表的是平面波相位随着时间 的变化速度。在全反射的介质中，平面波的解并非不存在，而是会具有一个垂直界面的虚数波矢。观察前面的式子就可以理解到，这种解，伴随介质中的深度越大，光的强度数值是愈发衰减的，无法传播至无穷远，至无穷远处时强度为0。这种解被称为衰逝波。如果全反射介质是一个块材，且厚度不足，光是可以以衰逝波为通道向另一个界面穿透的，这时候也就不能简单地称之为全反射了。从这个意义上来说，光尽管发生了所谓全反射，依旧在发生传播。

进一步地，如果我们讨论的是光束，而非平面波，这件事会更加有意思。这里涉及一个现象，叫做古斯-翰辛位移（Goos-Hänchen beam shift）。尽管光束最终所有能量都会反射，但是光束的能量是能够以衰逝波的形式在全反射介质的界面上传播一段的，最终光束反射的位置会距离入射的位置有一个小的距离。这个位移就被叫做古斯-翰辛位移。这也算是一种特殊的光束折射现象。