光的物理作用原理
光线在传播过程中，会与各种材料的界面发生相互作用。掌握这些规律，才能设计出精确控制光路的反射镜、透镜和导光系统。
反射（Reflection）
当光线照射到两种介质的界面时，一部分光会返回原介质继续传播，这就是反射。
反射定律（镜面反射）
反射角 = 入射角，且入射光线、法线、反射光线三者共面
镜面反射
表面光滑，反射方向单一。车用反射镜（如近光灯抛物面镜）利用此原理精确控制出光方向。
漫反射
表面粗糙，光线向各方向散射。如哑光涂料表面。漫反射亮度与观察角无关（朗伯体）。
镜面反射原理图
折射（Refraction）与斯涅尔定律
光从一种介质进入另一种介质时，速度改变，传播方向发生偏折，称为折射。折射定律（斯涅尔定律）精确描述了这一关系：
斯涅尔定律（Snell ´s Law）
n 为折射率，θ 为与法线的夹角。折射率 = c / v（光速/介质中光速）
空气 n ≈ 1.000
水 n ≈ 1.333
PMMA (亚克力) n ≈ 1.492
PC (聚碳酸酯) n ≈ 1.586
玻璃（普通） n ≈ 1.52
👆 交互式折射仿真器 — 拖动滑块改变入射角和材料
💡 物理直觉
当 n₁ < n₂（如空气到PMMA）时，折射角 < 入射角，光线靠近法线；
当 n₁ > n₂ 且入射角超过临界角时，发生全反射 (TIR)。
全内反射（TIR）
当光从光密介质（如 PC）射向光疏介质（如空气），若入射角大于某个临界角，折射光线将完全消失，光线 100% 被反射回光密介质，这就是全内反射。
临界角公式
PMMA → 空气：θc = arcsin(1/1.492) ≈ 42.2°
PC → 空气：θc = arcsin(1/1.586) ≈ 39.1°
车灯核心应用
- 导光条（Light Guide）：利用全反射将光从端部导入后沿棒体传导，实现均匀线光源效果
- TIR 透镜：通过全反射将 LED 光束高效准直，替代传统抛物面镜，效率更高
全内反射三种情形对比
菲涅尔方程（Fresnel Equations）
即使是透明材料，光线在界面处也会有一部分被反射，而不是全部透过。菲涅尔方程精确计算了这部分界面反射损耗。
正入射（θ = 0°）时的反射率 R：
空气→PMMA：R = ((1-1.492)/(1+1.492))² ≈ 3.9%
空气→PC：R = ((1-1.586)/(1+1.586))² ≈ 5.1%
散射（Scattering）
光线在传播过程中碰到不均匀粒子或粗糙界面时，会偏离原方向向多角度散射。
瑞利散射（Rayleigh Scattering）
粒子尺寸 ≪ 波长时发生。散射强度 ∝ 1/λ⁴（波长越短散射越强）。天空为蓝色的原因，雾灯用黄光穿透力更强也基于此。
米氏散射（Mie Scattering）
粒子尺寸 ≈ 波长时发生，对波长不敏感。云雾呈白色的原因（水滴比光波大）。
BSDF（双向散射分布函数）
描述材料表面对光散射的数学模型，是仿真软件中表面属性的核心参数，涵盖镜面分量与漫反射分量。
色散（Dispersion）与阿贝数
折射率并非常数，而是与光的波长有关。不同波长（颜色）的光在同一材料中折射率略有不同，导致它们折射后的传播方向略有差异，这就是色散。最著名的例子是棱镜将白光分解成彩虹色。
阿贝数（V-number / Abbe Number）
nd=黄光(589nm), nF=蓝光(486nm), nC=红光(656nm)
阿贝数越大，色散越小（越适合精密光学系统）
PMMA：V ≈ 55.2（色散较小）
PC： V ≈ 30.0（色散较大，彩色边缘明显）
白光经棱镜色散：波长越短（紫光）折射率越大，偏折越明显