绚丽多彩的肥皂泡
吹肥皂泡，这是许多人童年时玩过的游戏。欢出的泡泡大大小小，慢慢升空，在阳光的照射下，一个个肥皂泡色彩瑰色彩斑斓的肥皂泡丽，可好看了。那么，这些美丽的色彩是从哪儿来的呢？它是白光干涉的结果。
当太阳光照射在薄膜上时，光线从薄膜上下两个表面反射出来。两条反射光线在空中相遇，发生光的干涉。干涉的结果使阳光中某一种色光加强，其他的色光削弱。因此，整体看起来，薄膜就显示出绚丽的色彩。你还可以发现，当你的头左右摆动时，薄膜的颜色总在变化，显示出各种的色彩。
象肥皂膜的这种干涉叫薄膜干涉。薄膜干涉的现象在生活中是常常能见到的。比如，浮在水面上的油膜、蜻蜓、知了等昆虫的很薄的、透明的翅膀，在阳光的照射下，都可以看到美丽的彩色花纹。
现代光学装置中，如摄影机和电影放映机的镜头、潜水艇的潜望镜等，都是由许多光学元件——透镜、棱镜等组成的。进入这些装置的光，在每个元件的表面上都要受到反射，结果只有入射光的10～20％通过光学装置，这时所成的像既暗淡又不清晰。为了清除表面反射造成的后果，在透镜和棱镜的表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1／4时，在薄膜的两个面上反射的光的路程差恰好等于半个波长，因而相互抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。
天空和海水都呈蓝色
我国唐朝文学家王勃，在他所写的一篇叫《滕王阁序》的文章中提到过“秋水共长天一色”；诗人白居易也在他的《忆江南》的词中提到“春来江水绿如蓝”。确实，当我们航行在海上，一眼望去，那无边无际的碧蓝海面，在遥远的地方和蓝色的天空融合在一起真是美极了。
一束太阳光是由七种颜色的单色光组成的，它们是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。当这七种单色光并肩前进时，人们看不出它们各自的真面目。
太阳光穿过大气后，射到地球表面。天空呈蓝色，是由于大气层中空气分子与太阳光相互作用的结果。为了理解空气分子的作用，可将空气分子看作是微小的光谐振子。我们先考虑相似的声振动，让某一特定频率的声波直接传向一个音叉，当音叉的固有频率与传来声波的频率相接近时，这个音叉的振动较强，同时将吸收的声能有效地最再发射到各个方向上，即调谐音叉将声束散射了。当入射波的频率和音叉频率相同时，音叉产生的振动最强，散射的声能也较强；当频率不匹配时，音叉可能产生受迫振动，但不像谐振时那么强。所以入射波频率越接近散射介质的频率，产生的振动和散射就越强。这不仅对声波，对于光波也是如此。
我们可以认为大气粒子象微小的“光学音叉”，微粒越小，固有频率越高。大气的主要成分是氮分子和氧分子，它们是很微小的谐振子，它们的固有频率在电磁波谱的紫外部分，太阳发出的紫外光被大气中的氮和氧分子散射（多数的紫外线被大气上层的臭氧层所吸收）。虽然可见的紫光频率对分子谐振是太低了，但是，它与分子谐振频率足够接近，所以能引起明显的受迫振动和散射。蓝光也能以同样的方式散射，但比紫光弱，绿光又比蓝光弱，更低频的就更弱了。因此，当太阳光进入大气层的时候，被散射的紫光和蓝光较多，而绿的、黄的、橙的和红的将依次减少。虽然被大气音叉散射的紫光比蓝光多，但我们的眼睛对蓝光比对紫光更灵敏，因此，我们看见的天空是蓝色的。
当空气由无数比氮和氧分子明显大得多的灰尘和其他粒子所充满的时候，太阳光中较低频成分的散射会增加，天空看起来就不怎么蓝，而是显得更加灰白了。但是，在暴雨之后，这些较大的粒子被冲洗后，天空就又呈现较深的蓝色。
而大海之所以呈蓝色也是由于太阳光的巧手打扮。海水中悬浮着小微粒，这些小微粒充当光谐振子，使蓝光频率附近的光发生散射，再从海水中折射出水面后进入人眼，所以我们看到海水是蓝色的，海水越深，散射后返回的蓝光和青光越多，所以海水越蓝。
奇妙的镜子
光是沿着直线传播的。但是，当它遇到一个光滑的物体的时候，就会被反射回来，这种现象叫光的反射。
在一间黑屋子里，用手电筒照射一面镜子和一张白纸。你会惊奇地发现，镜子看起来是黑的，白纸反而比镜子亮。
原来，光滑的镜面反射光是有规则的，一束光线遇到镜面以后，虽然改变了前进的方向，但是它仍在新的运动方向上整齐前进。如果你的眼睛不在这个方向上，镜子的反射光就一点也不会进入你的眼里，所以镜面看上去是黑的。只有把镜面转到某一个角度，使它反射的光正好进入你的眼睛的时候，你才能看到耀眼的光芒。
一束光线照在白纸上，虽然对于每一条光线来说，光的反射定律都是适用的，但是由于纸的表面凹凸不平，光不就被反射到许多不同的方向去，这叫漫反射。正是借助漫反射光线，我们才能在任何方向上看见被照亮的物体，观察到它们的颜色和细节，并且把纸和周围的物体区别开来。
我们可以根据镜子做许多奇妙的实验，来帮我们理解光的反射原理。
在桌上固定放一块直立的玻璃，在玻璃的前方放一支蜡烛，在玻璃的后面放一只盛水的大玻璃杯。玻璃杯和玻璃之间的距离，要和蜡烛到玻璃之间的距离完全相同。拉上窗帘，使屋子变暗。从蜡烛这边向玻璃看去，就会看到蜡烛正在水中燃烧。
这时玻璃把蜡烛发出的一部分光，从它的表面反射到你的眼里。但是人眼有一种习惯，总是沿着直线去搜索那个发光的物体。所以，我们感到蜡烛的光是从玻璃的背后发出来的，好像在那儿也有一支蜡烛，我们把它叫做蜡烛的虚像。蜡烛的虚像与玻璃背后的水杯正好重叠在一起，所以看起来就好像蜡烛在水中燃烧。
这个实验证明，镜子前面的物体，能在镜子里形成一个虚像；物体和镜子的距离，跟虚像和镜子的距离相等；镜子中的虚像和实物的大小也相等。摄影师利用这种方法，可以拍出许多神奇的镜头。
从“蜡烛在水中燃烧”的实验中，我们知道虚像和实物的大小相等，是不是两者一模一样呢？注意观察你就会发现，镜中的人左右手颠倒了。原来一切是相反的。有的时候，这会给人们带来许多不便，有没有什么办法来改变这种情况呢？就此，科学家们发明了偶镜。
从偶镜中看到的像不是相反的，而是和实物一模一样。偶镜用两面镜子，每面镜子都把像颠倒一次，经过两次反射，像也就颠倒两次，变得和原来一样了。
科学研究要求精确地测量人造卫星、月亮和地球之间的距离，偶镜帮了大忙。
1962年，美国马萨诸塞工学院的一个研究组，首次用激光测量了月地之间的距离。他们测出了激光在月地之间一个往返的时间是26秒，根据光的传播速度，就算出了月地之间的距离。
激光器发出的激光亮度很高，光束也非常平行，但传播的距离远了，就会散开一些。所以，从地面发射到月球表面的激光，已经散落在一个直径为几公里的范围内。光线由于发散而变得微弱，再加上月球表面凹凸不平对光线产生漫反射，因此，返回到地面接收器的光线就非常微弱了。
科学家们利用交角为90°的偶镜，很容易使光沿原路返回。这种由3面相互垂直的镜子装在一起的装置，我们称之为“角反射器”。
现在，在月球上和许多人造卫星上都装有角反射器。角反射器和激光配合起来，就可以精确地测量它们和地球之间的距离，误差很小。
自行车尾部一般都有一个红色塑料反光镜。它的作用是：当汽车的灯光照在它上面的时候，就能把光按原来方向反射回去，以便引起司机的注意。它的原理和角反射器一样。
利用光在两面镜子之间多次反射的原理，可以制成万花筒。
用3条玻璃片或平面镜片，围成一个三棱柱体，里面放一些彩色玻璃碎块或碎纸片。转动万花筒，从一端向里看去，可以看到不断变化的美丽图案。因此，孩子们非常喜欢它。这些图案是彩色碎块在玻璃片（平面镜）中多次成像形成的。
对于光的多次反射，有时需要利用，有时则需要避免。在天文望远镜或其他光学仪器中，为了避免镜子的多次反射，常常把银或铝镀在玻璃的表面。但是这样又会出现新的缺点，暴露在外面的反射面很容易损坏。因此，在光学仪器中，人们常用全反射棱镜来代替玻璃镜。
有些镜子的表面不是平的，而是球面的一部分。例如，耳鼻喉科大夫用的反光镜和汽车、摩托车上用的观后镜，都不是平面镜。这种镜子的表面是球面的一部分，叫做球面镜。其中，反射面呈凹形的，叫做凹面镜；反射面呈凸形的，叫做凸面镜。
让我们先看看凹面镜。
凹面镜的用途很广泛，它能把远处物体射来的光汇聚成一个明亮的像，投射在白纸或墙壁上。1668年，牛顿根据这个原理，制成了世界上第一台反射式天文望远镜。
现代大型的反射式天文望远镜，也是按照这个实验的原理制成的。它的凹面镜直径长达6米。巨大的反射面把遥远星体发来的微弱的光聚集起来，形成一个比较亮的像。把照相底板放在成像的位置上，就可以把那些暗淡的恒星的像照下来。人们利用这种天文望远镜已经看到距地球1亿光年远的恒星。
利用凹面镜还可以收集太阳光。由太阳射来的平行光，经过凹面镜反射后便聚集成一点。这一点叫凹面镜的焦点。把一片纸放在焦点上，纸一会儿就会燃烧起来。
有人做过实验，如果把1000面镜子的反射光集中在一起，温度就会升高2000℃。
现在，人们利用凹面镜制作出各种太阳灶、太阳能热水器等。法国人用9000块小反射镜，组成了一个很大的凹面镜，建造了一座太阳能高温炉。
从凸面镜看到的东西总是缩小的，变形的。为什么会是这种情况呢？
原来物体发出的光线在凸面镜上发生反射，反射光线发散开来，而它们的延长线在镜子的后面会聚成一个虚像。这个像比实物小，看上去好像是被压缩了一样。镜面弯曲越厉害，像就被压缩得越小。这样，从凸面镜中能观察的范围也就越大。所以，司机用的后视镜都是用凸面镜做成的。
显微镜就是利用凸面镜来洞察微观世界的。
海市蜃楼之谜
通常情况下，当光从一种物质射向另一种物质的时候，在它们的界面上会分成两部分，一部分不能穿过界面而被反射回去，这就是反射光束；另一部分则透过去，这是折射光束。
但是，在一定条件下，透明的界面会变的像镜子一样能把入射光100％地反射回来，这是光的全反射现象。
光的全反射现象不只发生在水和空气的交界面上，一般来说，当光从光密媒质（如水、玻璃等）射向光疏媒质（如空气）的时候，只要光束以非常倾斜的角度射在它们的交界面上，就会发生全反射。
实验证明，光从水射向空气的时候，如果入射角大于48.5°时，就会发生全反射；光从玻璃射向空气的时候，入射角只要大于42°时，也会发生全反射。光从冷空气层射向热空气层时，也会发生全反射。
让我们看一个玻璃全反射的小实验：
把一枚硬币压在盛满水的玻璃杯（上大下小）下面，这时候，你从杯子侧面看去，硬币不见了；但从杯口向下望去，硬币还安静地呆在那里。这是怎么回事呢？
原来，光从空气经玻璃杯底进入水里的时候发生了折射，光从光疏媒质进入光密媒质，所以折射光线全部向法线方向靠拢。这使得大部分光线以很大的入射角射向杯子的侧壁，因而发生了全反射。反射的光线又折回水中，从杯口射出，因此从杯子的侧面看不到硬币，而由杯口向下望去，硬币还好好地放在那里。
我们还可以利用光在玻璃的内表面上会发生全反射的原理，制作全反射棱镜。当光线垂直射入棱镜的一个侧面，然后以45°的入射角投射在棱镜的内表面上，由于玻璃的临界角是42°，所以光线发生全反射，反射光从另一个侧面射出来。
全反射棱镜能让光线转90°角、180°角，是一面没有镀银面的镜子，所以不怕潮湿。另外。它在反射光的时候光的损失也很少，更没有平面镜多次反射形成很多个像的毛病。因为有这些优点，在科学研究中常用它代替平面镜来改变光的方向。
例如，好的潜望镜中利用直角三棱镜来代替平面镜。这种三棱镜是用光学玻璃制的，透明度非常好，横截面呈直角三角形。光从直角边垂直射入，射到斜边时，入射角是45°，超过了玻璃的临界角，因此发生全反射。光学玻璃的性能非常稳定，在空气中不会发生锈蚀现象，并且吸光非常少。
利用全反射现象还可以使光在弯曲的传光“导线”中传播。
现在，医学上使用的用于检查胃、食道、十二指肠、心脏的内窥镜，都是利用光纤制成的。此外，光纤还可以用来传递消息，比金属制成的电话线更优越。一对金属电话线至多只能同时传递1000多路电话，一对细如蛛丝的玻璃纤维可以同时通10亿路电话。
光在空气中的全反射，还会造成海市蜃楼的胜景，陶醉众多的目睹者。
1988年6月20日，《北京日报》就报道了这样的胜景：