Biophysics · 02.04

屈折の法則

Law of refraction

🧠 屈折は、境界を越えて光速が変わるために光線の方向が変化する現象である。

境界で決まる屈折方向

スネルの法則Snell's lawスネルの法則（Snell's law）Snell's law（スネルの法則）（Snell’s law）は2媒質の屈折率refractive index屈折率（refractive index）refractive index（屈折率）と法線normal法線（normal）normal（法線）から測った角度を関係づける。高屈折率refractive index屈折率（refractive index）refractive index（屈折率）側へ入ると光線は法線normal法線（normal）normal（法線）へ近づく。

flowchart TD
  A["媒質1から境界へ入射"]
  B["速度と波長が境界で変化"]
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Snell&#39;s law'>スネルの法則</span>を満たす方向へ屈折"]
  A --> B
  B --> C

スネルの法則

n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2

$n_1,n_2$ は各媒質の屈折率refractive index屈折率（refractive index）refractive index（屈折率）、 $θ_1$ は入射角angle of incidence入射角（angle of incidence）angle of incidence（入射角）、 $θ_2$ は屈折角。

周波数・速度・波長の変化

反射では入射側の速度は変わらないが、屈折では媒質中の位相速度が変化する。さらに $n_1>n_2$ で屈折角が90°へ達する条件が全反射total internal reflection (TIR)全反射（total internal reflection (TIR)）total internal reflection (TIR)（全反射）の臨界角critical angle臨界角（critical angle）critical angle（臨界角）になる。

周波数は境界を越えても保存されるが、速度と波長は変化する。
$n_2>n_1$ なら $θ_2<θ_1$ となり、法線normal法線（normal）normal（法線）側へ曲がる。
垂直入射normal incidence垂直入射（normal incidence）normal incidence（垂直入射）（ $θ_1=0$ ）では方向は変わらないが、速度と波長は変化する。

医学・測定への応用

角膜と水晶体lens水晶体（lens）lens（水晶体）による集光、屈折率refractive index屈折率（refractive index）refractive index（屈折率）測定、光学機器の設計に基本となる。

まとめ

屈折は、境界を越えて光速が変わるために光線の方向が変化する現象である。
周波数は境界を越えても保存されるが、速度と波長は変化する。
角膜と水晶体lens水晶体（lens）lens（水晶体）による集光、屈折率refractive index屈折率（refractive index）refractive index（屈折率）測定、光学機器の設計に基本となる。