光发生全反射时，折射光线还存在吗？

一谈到全反射，很多人脑海里立刻浮现出的是“光线全部被反射回来”的画面，就好像一面完美的镜子。这说法没错，但如果细究起来，它其实隐藏了一些我们容易忽略的细节。那么，当光发生全反射时，真的就没有一丝一毫的折射光线存在了吗？答案是：非常非常非常非常微弱，几乎可以忽略不计，但从理论上讲，情况要复杂得多。

我们先来梳理一下全反射是怎么回事。这得从光的折射说起。光从一种介质传播到另一种介质时，会发生方向的改变，这种现象叫做折射。改变的程度取决于两种介质的折射率差异。当光从光密介质（折射率大）射向光疏介质（折射率小）时，折射角会比入射角大。

随着我们增大入射角，折射角也会随之增大。到了某个特定的入射角，折射角会达到90度，也就是说，折射光线沿着两种介质的界面传播，几乎贴着界面走。这个特殊的入射角，就叫做临界角。

如果我们继续增大入射角，超过了这个临界角，会发生什么呢？这个时候，所有的光线都会被反射回原来的介质，这就是我们说的全反射。听起来很“彻底”，对吧？

但是，事情的“有趣”之处就在于，即使是在全反射的条件下，也并不是说折射光线就“彻底消失”了。事实上，在两种介质的界面上，会产生一种非常特殊的电磁场。我们可以把它想象成一种“趋近于零”但又“不完全是零”的振动，它沿着界面传播。这种振动，我们称之为消失波（Evanescent wave），或者是隐失波。

这个消失波非常特别，它的强度随着离开界面的距离的增加而指数级地衰减。也就是说，你离界面越远，它就越弱，快到你根本就感应不到它的存在。一般来说，它的衰减速度非常快，可能在几个波长之内就几乎为零了。

那么，这个消失波能不能被看作是“折射光线”呢？严格来说，它不是我们通常意义上那种能够穿透介质、继续传播的光线。它更像是一种“残余”的能量，被“困”在了界面附近。

如果此时我们把另一个光疏介质非常非常靠近这个界面，并且让它能够“触碰到”这个消失波，那么这微弱的消失波就有可能被这个新的介质“吸收”一部分，从而在新的介质中产生微弱的光。这就像是一个非常轻微的“触碰”，却可能引发一点点“回响”。

在实际生活中，我们遇到的大部分全反射现象，比如在光纤通信中，这个消失波的强度已经微弱到可以忽略不计了。你不会看到有光线“漏”出去。所以，我们说“全反射时没有折射光线”，在宏观的、实际的应用层面是完全正确的。

但是，从更微观、更严谨的物理学角度来看，这个消失波的存在，说明了“全反射”并不是绝对意义上的“零折射”。它更像是一个“极限状态”，在这个状态下，折射的成分变得极其微弱，以至于在常规情况下无法观测到。

所以，总结一下：

宏观上，在通常情况下，全反射时看不到折射光线。 这是因为当入射角大于临界角时，绝大部分光都被反射回来了，折射的光线极其微弱，无法被我们的肉眼或一般的光学仪器检测到。
微观上，存在一种叫做“消失波”的现象。 这种波是沿着界面传播的电磁场，其强度随着离开界面的距离指数级衰减。它并非是传统意义上的折射光线，但理论上它确实存在，并且可以在特定条件下（例如，将另一个介质紧密接触界面）产生微弱的折射效应。

所以，与其说“折射光线不存在”，不如说“折射的光线被抑制到极低的水平，并且以一种特殊的形式（消失波）存在于界面附近”。这就像是你用力推一扇门，虽然你非常用力，但它可能还是会发出一点点极轻微的“吱呀”声，而不是完全的死寂。这种“吱呀”声，就是消失波给我们的启示。

网友意见

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。

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