幾何光學上的費馬定理推匯出了平面反射定理，折射定理，滿足條件下都能改變光束方向。

波動光學上的衍射條件下也能改變光傳播路徑

1.光學上，可以透過反射折射衍射來改變光的路徑。

2.根據相對論，引力的產生是由於時空彎曲，光在時空中傳播會受到這種時空彎曲的影響而改變軌跡，甚至使光無法傳播，比如黑洞。

最簡單的折射與反射。從一種介質射入另一種介質，比如空氣中到水中，再就是鏡子等的反射。還有一說黑洞引力足夠大的話也可以改變光的軌跡，甚至把光也吞噬

在光學和自然科學領域，想必大家都接觸了下面這樣一個常見的現象：

如圖所示，當一束光入射於等邊稜鏡，那麼稜鏡的作用使得光發生了反射、折射、透射和色散，可以發現，稜鏡的存在改變了光的執行軌跡。下面我們將更加具體的介紹幾種改變光執行軌跡的現象和方法。

圖 稜鏡使得入射光發生了反射、折射、透射和色散

圖 光色散的模擬模擬結果

反射

光的反射現象，本質上是光波的電磁場與物質相互作用的結果。這其中，由玻璃鏡面產生的反射又是我們所熟知的：當一束光波入射至鏡面後，原來的傳播方向突然改變，產生沿著入射光方向並與之相反的反射光。光的反射遵循反射定律，反射定律的核心是，當光發生反射時，其入射角和反射角相等，原理如下圖所示。

圖 光的反射定律

圖 自然界中光的反射現象

折射

在物理學中，折射指的是波從一種介質傳遞到另一種介質的過程中方向發生的變化。光的折射是最常見的現象，但聲波和水波等其他波也存在折射現象。

圖 折射現象模擬模擬動畫

對於光波來說，光的折射遵從折射定律。光波的折射量取決於波速的變化和波傳播的初始方向相對於速度變化的方向。

圖 光透過不同材料的反應方式

色散

公元1666年，科學家牛頓發現了光的色散現象。

在光學中，色散現象指的是一道入射光中，其相速度隨著自身頻率而改變。我們常把擁有上述特性的介質，稱為色散性介質。

色散在生活最常見的現象就是彩虹，我們可以用各種稜鏡來模擬出其效果。

圖 透過Amici稜鏡看到的緊湊型熒光燈

衍射

光的衍射現象在學術界有著很多實際的應用，最常見的便是光柵位移測量系統。

衍射是指當光波遇到障礙物或狹縫時發生的各種現象。它被定義為圍繞障礙物或孔的角落而彎曲到障礙物幾何陰影區域中的一種傳播。

在經典物理學中，衍射現象被描述為依據惠更斯 - 菲涅耳原理的波的干涉。惠更斯 - 菲涅耳原理將波前的每個點視為單個球面小波的集合，當波遇到大小與其波長相當的障礙物或狹縫時，會出現這些特徵行為。當光波穿過具有變化的折射率的介質時，或者當聲波穿過具有不同聲阻抗的介質時，會發生類似的效果。

下圖所示為溫泉上方水蒸氣中的光環現象。光環是一種光波被水氣或尺寸不均勻的小水滴反向散射到其波源的光學現象，整個過程包含了衍射、反射和折射。

結論

在本文中簡單的介紹了幾種改變光執行軌跡的現象與方法，希望對讀者能有幫助。

參考文獻Born, Max,. Principles of optics : electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. 7th expanded ed. Cambridge: Cambridge University Press等