折射（Refraction）是光線從一種介質進入另一種介質時，由於光速改變而發生方向改變的現象。這種現象可以用斯涅爾定律來定量描述。以下是與折射和斯涅爾定律相關的基本概念。
1. 折射的基本概念
折射率（Refractive Index, n）
折射率是一個用來描述光在某種介質中傳播速度相對於真空的減慢程度的量。公式為：
其中：
- n 是介質的折射率（無單位）。
- c 是光在真空中的速度，約為 3.0 × 10^8 m/s。
- v 是光在該介質中的速度（單位：m/s）。
折射率越大，表示光在該介質中的速度越慢。例如：
- 真空的折射率 n = 1（基準）。
- 空氣的折射率 n ≈ 1.0003（接近於真空）。
- 水的折射率 n ≈ 1.33。
- 玻璃的折射率 n ≈ 1.5。
2. 斯涅爾定律（Snell’s Law）
斯涅爾定律描述了光線穿越兩種不同介質時，入射角和折射角之間的關係。公式為：
其中：
- n1 和 n2 是第一種介質和第二種介質的折射率。
- θ1 是光線在第一種介質中的入射角（相對於法線的角度）。
- θ2 是光線在第二種介質中的折射角（相對於法線的角度）。
斯涅爾定律的含義：
- 光從光密介質進入光疏介質（如從水到空氣）：
- 折射角大於入射角，光線遠離法線方向。
- 光從光疏介質進入光密介質（如從空氣到玻璃）：
- 折射角小於入射角，光線靠近法線方向。
- 當光垂直入射（入射角為 0°）時，折射角也為 0°，光線不偏折。
3. 全內反射與臨界角
當光從光密介質（如水）進入光疏介質（如空氣），若入射角超過一個特定角度（稱為臨界角），光將完全反射回光密介質內，這一現象稱為全內反射（Total Internal Reflection）。
臨界角公式：
其中：
- θc 是臨界角（光線不再折射的最大入射角）。
- n1 是光密介質的折射率。
- n2 是光疏介質的折射率。
當入射角 θ > θc 時，光線不會進入光疏介質，而是全部被反射回光密介質。
總結
折射是光線在不同介質之間傳播時的重要現象。斯涅爾定律為我們提供了計算入射角、折射角及折射率的數學工具。臨界角和全內反射則進一步解釋了光線在特殊條件下的行為。這些概念在光學儀器（如望遠鏡、顯微鏡、光纖通信）中有著廣泛的應用。
