屈折率の異なる物質中を通る光

屈折率の違う物質を層状に重ねた物体に光を通すと、光は次の図の左側のように境界面で屈折しながら進みます。光の進む向きが変わるのは境界面なので、光は同じ屈折率の層中は直進することがわかります。

各層の厚さを小さくすればするほど、ひとつの層内で光が直進する距離が短くなります。図の右側のように連続的に屈折率が変化する物質では、光は物質中を曲線的に進むことになる。

フェルマーの原理では「光は２点間の最短時間の経路を進む」と説明されます。連続的に屈折率が変化する物質において、光が物質に入る位置と、光が物質から出てくる点をその２点と定義すると、もはや光の経路は直線ではありません。

光が最短時間の経路を取るということと、光の直進性を結びつけて考え過ぎると、かえって理解の妨げになるかもしれません。

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