為什麼拿著玻璃杯，水平面以下部分可以看到手的指紋，以上看不到
知識
04-16
其實，這個觀察的背後幾乎就是指紋光學採集的原理。
我們首先來看玻璃杯上裝滿水的情況，因為水的折射率與玻璃的折射率都大於空氣，因此根據折射定律，當角度合適時，光便會在玻璃外表面發生全反射後進入人眼。從幾何光學的角度看，似乎光在全反射時沒有「穿過」界面，玻璃杯外面的指紋對光路似乎毫無影響。但事實上，根據電磁理論，光在界面全反射時會在界面的另一側一定厚度內產生「隱失波」。（如下圖）之所以說「一定厚度內」，是因為隱失波在距界面幾個光的波長的以外便衰減到可以忽略了。
當手指按壓在玻璃外時，指紋凸起的部分與玻璃貼合較緊密，以至於影響了隱失波的傳播，也就影響了光的全反射現象，因此這部分看起來較暗。指紋凹下去的部分深度大約為100微米量級，而可見光的波長大約為零點幾微米，因此這一指紋的空隙足以讓隱失波衰減到可忽略了，所以光可以正常全反射，這部分便看起來較亮。於是我們便能在玻璃杯上看到指紋圖案了。
那為什麼玻璃杯沒有裝水比較難看到這一現象呢？這是因為這時不容易發生全反射現象。假設玻璃杯比較薄，則杯上某點附近的情況可以等效為：有一個較大的薄玻璃板，兩側均為空氣，光從空氣中射入玻璃。則由折射定律，此條件下光可以正常折射與反射而不會發生全反射。（如下圖）我們看到的現象也就與正常看指紋差不多。
通過以上原理，再結合一些具體的技術，便可實現指紋的光學採集。
參考文獻：
[1]李志鵬,何曉彤,胡金鑫,劉若琳,朱玲,張增明,陶小平.光學指紋採集與處理[J].物理實驗,2017,37(S1):4-8.
by 飛行員
