水滴截面
观测彩虹弧
光路信息
入射角 (i): 0.0°
折射角 (r): 0.0°
偏向角 (D): 0.0°
红光角度: 42.0°
紫光角度: 40.0°
光学参数
光线参数
介质参数
显示选项
预设场景
彩虹物理方程
斯涅尔定律:
n₁sin(i) = n₂sin(r)
偏向角:
D = 180° - 2i + 4r
最小偏向角:
D_min ≈ 42° (red), 40° (violet)
色散:
n_red < n_violet
彩虹如何形成
彩虹是一种光学现象，当阳光进入大气中的水滴时发生。光在空气-水界面处被折射（弯曲），在水滴后表面内部反射，然后在离开水滴时再次折射。由于色散，不同波长（颜色）以略微不同的角度折射，形成了我们熟悉的光谱颜色。
三步过程
彩虹的形成涉及三个光学过程：(1) 光线进入水滴时的折射，由于紫光比红光弯曲更多，将白光分离成其组成颜色；(2) 在水滴后表面内部反射，光完全反射回水滴内部；(3) 光线离开水滴时的第二次折射，进一步分离颜色。我们常见的主虹涉及一次内部反射，在距离入射光方向40-42°的角度形成。
为什么红色在外，紫色在内
红光（波长较长，约700nm）在水中的折射率较低（n≈1.331），折射较小，以约42°的角度从入射光方向出射。紫光（波长较短，约400nm）折射率较高（n≈1.344），折射更多，以约40°的角度出射。当你观看彩虹时，你看到的是来自天空中较高位置水滴的红光和来自较低位置的紫光，形成了从外到内的经典ROYGBIV颜色模式。
观测条件
要观测彩虹，太阳必须在你身后，雨滴必须在你前方。彩虹始终以对日点（正对太阳的点）为中心。太阳在地平线上的位置越低，彩虹出现的位置越高。在日出或日落时，彩虹可以呈现为半圆形；当太阳较高时，只能看到一小部分。从飞机或高山上可以看到完整的圆形彩虹。
副虹和亚历山大暗带
副虹（位于主虹外侧）可以在光线在水滴内经历两次内部反射时形成。颜色相反（紫色在外，红色在内），出现在50-53°角。主虹和副虹之间是亚历山大暗带，由于光路几何形状，该区域没有散射光。副虹总是比主虹暗淡，因为在额外的反射过程中损失了更多光。