光学啊，这东西看着挺玄乎，实际上就是光在里头如何跑动如何拐弯的事儿。咱们不用被那些公式勒得喘不过气，那些方程就是光路图在纸面上想出来的影子，略微变动一下，影子也跟着动。刚开学那会儿，我也背了“折射定律”好几遍，公式是那个 $frac{sin i}{sin r} = n$，看着像天书似的。
后来才琢磨明白，这实际上就是说光从一种介质溜进另一种介质时，入射角的正弦值和折射角的正弦值保持一个比例关系，这个比例系数 $n$ 就是折射率。
要是拿一个玻璃砖来实验，把激光点打在中间那条线上，它偏折的角度实际上跟玻璃的厚度没直接关系，跟两面那个角度的差值相关，而不是跟折射率本身挂钩，这点大量人喜爱死磕，结局搞错了一大堆。 说起这句话里的“死磕”，那得换个说法，就是别盯着公式看死，要盯着光走的路看。
比如咱们常见的筷子插进水杯里，看起来翘起来了，这可不是出于筷子变长了，也不是出于水干了，而是光从空气斜着射入水里，在界面处形成了偏折，往回走的时候又折回去了，最终你的大脑没跟上这趟调整，就把水里的筷子看高了。
这个过程啥都没变，光只是跳个舞，跳完舞还得跳回去，路径长度肯定一样。
这就好比你在人海里狂奔，你走的路线和原本跑在草地上的路长度没变，只是出于周围有树，你不得不拐个弯，最终发现你走的总路程比直线长了一截。 再说说反射这事儿，这也是最好办的，但最好办让人晕头转向。甭管是平面镜还是凹面镜，不管你是从正面看，还是从侧面看，每一束光线出来的轨迹，跟它进去的时候彻底一样，这就是“光路可逆”。你要是把光沿着原来的路往回投，它肯定能遇到原来的那个像。
这就好比你开车绕个弯回家，再开回去，你最终回到了起点。至于那个反射定律里的入射角等于反射角，实际上是个统计意义上的平均，每一次碰撞都独立形成，不能指望所有光都绝对精确地重合成一个点。
要是真能全重合，那镜子得比脸还直，并且光还得真真正正地弹回来，没有散射和波动之分。 说到光波，这玩意儿不光能直线跑，还能拐弯，还能分层。记得高中物理课上一套光疏介质套光密介质的例子，把光分成好几种颜色，红的慢，蓝的快，中间就是各种杂色，这就是光谱。
后来学了波动光学，这才明白，不同颜色的光在同一个玻璃砖里跑的速度不一样，害得它们偏折的角度也不同，红光角度小，蓝光角度大，这就解释了为啥棱镜能把白光掰成彩虹。
要是把白光分成红橙黄绿蓝靛紫这七种颜色，每种颜色在玻璃里的速度都不一样，跑得慢的偏折得更了得，跑得快的偏折得少一点，最终一出来，顺序自然就全变了。
这个原理在光纤通信里用的挺广，就是利用不同波长光在玻璃里的速度差异，让数据信号在长长的光纤里传得清清楚楚，还能欺骗别人当作数据被偷了。 再讲讲透镜，这东西对光线最狠。凸透镜能把光线往中间聚，凹透镜能把光线往中间散。
为啥能聚？出于光线穿过凸透镜时，一局部往下偏，一局部往斜里偏，最终在一个点上汇合。
这个点叫焦点，离透镜越远，光线汇聚得越快。
要是拿两个凸透镜叠在一起，效果比单独用一个更猛，这叫会聚功能叠加。
反过来，凹透镜就是分散功能，就像个把散弹枪里的子弹往旁边挤，让子弹散得更多，离轴偏差更大。
这跟人挤地铁似的，你挤进去，周围人就往两边跑，害得你一侧拥挤，另一侧稀疏。 有时候光还会被挡住，这就是遮挡。
比如小孔成像，光管中间蒙了一块布，光只能从那个小孔漏那会儿，把后面的屏幕照亮。
这时候，物体上每一点发出的光，经过小孔后，在屏幕上形成一个对应的小点，大小跟物体的实际大小比例一致，只是方向反了。
这实际上就是倒立的实像。
要是物体发散，比如有个手电筒朝墙上一照，墙上会出现一个亮斑，这亮斑大小跟手电筒的光径比，跟墙上距离成正比。
要是手电筒像个球，光路就乱糟糟了，墙上出现一团乱斑，这叫漫反射。 还有个小知识，光的偏折跟介质表面是不是平面没关系。
要是把光学玻璃切成一块不规则的，要么是一块有弯度的，光线进去的时候，路径也会跟着弯。
这就像水流过石头，石头不规则，水流路也歪。
反过来，要是是单色光，比如用红光要么绿光去照，偏折效果跟光强大小、照射角度这些都没关系，反正光路就是一条直线，要么一条曲线。
要是用白光，分成了七种颜色，每种颜色在某种介质里的折射率肯定不一样，偏折程度也就各异。 最终说点实际的，光在介质里传播时，能量实际上是按波长的变化的。波长短的，能量高；波长长的，能量低。
这就是颜色跟能量之间的联系。在光纤里，高阶模光的能量比基模低，故此高阶模光更好办衰减，传输距离短。
要是想把传输距离拉得更长，就得选那种能量低、损耗小的模式。
这在处理信号的时候特别关键，信号要是衰减忒快，接收端就听不见了。 总而言之，光学那套东西，看着复杂，实际上挺巧妙的。它解释了为啥水能反光，为啥能看到彩虹，为啥眼镜能矫正视力，为啥光纤能传数据。
那些公式只是描述现象的工具，真正的理解得靠眼观六路，搞明白光到底在跟着啥走。你要是再死磕公式，可能一辈子看不懂光到底想说啥。
