斯涅尔定律(折射定律)描述了入射角、折射角与两种介质折射率之间的关系。当光从一种折射率为 n1 的介质进入折射率为 n2 的介质时,会发生折射。折射角 θ2 可通过下列公式计算:
其中 θ1 为入射角,θ2 为折射角,n1 与 n2 分别是两种介质的折射率。
假设光线从 P 点进入到 Q 点,P、Q 分别位于折射率为 n1 和 n2 的介质中。光在介质中的相速度 v1、v2 决定其传播时间。两点之间的时间 T 为距离除以相速度:
图中 a、b、l、x 为示意长度,c 为真空中光速。根据费马原理,光总是沿用时最短的路径传播,因此 T 达到极小值,可写成:
由图可见,得到:
将 (2) 式中 v1、v2 代入,推导得:
最终可得折射角 θ2 的公式:
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