阳光进入水滴
雨后空气中悬浮着大量球形水滴。当阳光（平行白光）以一定角度射入水滴时，首先发生折射（光线从空气进入密度更高的水时发生偏折）。
水滴内的反射
折射后的光线在水滴内壁发生一次反射（主彩虹）或两次反射（霓虹/副虹）。反射改变了光线的传播方向。
色散：七色光的分离
光线离开水滴时再次发生折射。由于不同颜色的光波长不同，折射率存在差异：
特定角度汇聚
光线以约42°（主虹）或51°（霓虹）的出射角离开水滴。观察者只有背对太阳并面向雨幕，且视线与阳光成此角度时，才能看到同色光汇聚形成的彩色光带。
若设水滴半径为 ( R )，光线入射角为 ( i )，则出射角 ( \theta ) 满足：
[ \theta = 4 \arcsin\left(\frac{\sin i}{n}\right) - 2i \quad （主虹） ]
其中 ( n \approx 1.33 )（水对可见光的平均折射率）。当 ( i \approx 59^\circ ) 时，( \theta ) 接近42°，此时色散最明显。
彩虹是自然界的光学色散现象，其绚丽的七色光谱源于阳光在水滴中的折射、反射与波长依赖性偏折。这一过程完美融合了光的波动性与几何光学定律，成为雨后天空中最生动的物理课堂。
