全反射

全反射。

與法線的角度越大，光線折射的部份則越少，直至當大於臨界角時，全反射便會發生（圖中光線的顏色只是作分別之用，並不表示不同顏色光線的光學情況。）

臨界角

全反射（Template:Lang-en），又稱全內反射，是一種光學現象。當光線經過兩個不同折射率的介質時，部份的光線會於介質的界面被折射，其餘的則被反射。但是，當入射角比臨界角大時（光線遠離法线），光線會停止進入另一介面，全部向內面反射。

這只會發生在當光線從光密介質（較高折射率的介質）進入到光疏介質（較低折射率的介質），入射角大於臨界角(critical angle)時。因為沒有折射（折射光線消失）而都是反射，故稱之為全反射。例如當光線從玻璃進入空氣時會發生，但當光線從空氣進入玻璃則不會。最常見的是沸騰的水中氣泡顯得十分明亮，就是因爲發生了全反射。

克卜勒（Template:Lang，1571-1630）在西元1611年於他的著作《Template:Lang》中，已發表全反射的現象。

光學描述

如图一所示： 光线从折射率较高的 $n_1$ 介质进入折射率较低的 $n_2$ 介质： 当入射角 ${\theta }_i={\theta }_1$ 即少於临界角 ${\theta }_c$ 时，光线同时发生趨離 $n_2$ 介质(normal)的折射，以及向 $n_1$ 介质的反射（图一中红色光线所示）； 当入射角 ${\theta }_i={\theta }_2$ 即大於临界角 ${\theta }_c$时， $n_2$ 介折射的光线消失，所有光线向 $n_1$ 介质中(Template:Lang-en)反射（图一中蓝色光线所示）； 全反射仅仅可能发生在当光线从较高折射率的介质（也称为光密介质）进入到较低折射率的介质（也称为光疏介质）的情况下，例如当光线从玻璃进入空气时会发生，但当光线从空气进入玻璃则不会。

$O_1\times \sin {\alpha }_{gr}=O_2\times \sin \beta$

例如：

• $O_1$為光纖核心折射率 (Template:Lang-en) $\approx$ 1.5
• $O_2$ 為空氣折射率 (Template:Lang-en) = 1
• $\beta$ = $90^{\circ }$
• ${\alpha }_{gr}$=未知

$\arcsin$$((1\times \sin 90^{\circ })/1.5)={\alpha }_{gr}$

那麼空氣和光纖核心临界角( ${\theta }_c$)為 ${\alpha }_{gr}$

临界角

临界角（Template:Lang-en）是使得全反射发生的最少的入射角。入射角是从折射界面的法线量度计算的。临界角（${\theta }_c$）可從以下方程式計算：

${\theta }_c=\arcsin \frac{n_2}{n_1}$

其中$n_2$是较低密度介质的折射率，及$n_1$是较高密度介质的折射率。这条方程式是一条斯涅尔定律的简单应用，当中折射角为90°。 当入射光线是准确地等于临界角，折射光线会循折射界面的切线进行。以可见光由玻璃进入空气（或真空）为例，临界角约为48.7°。

以上公式只能计算无耗损介质间的全反射临界角。普适的全反射临界角公式是

$${\theta }_{\mathrm{c}}=\arcsin \left(\frac{|{\hat{n}}_2|}{|{\hat{n}}_1|}\right)=\arcsin \left(\frac{\sqrt{n_2^2+{\kappa }_2^2}}{\sqrt{n_1^2+{\kappa }_1^2}}\right).$$

$\hat{n}=n+i\kappa$ 是复数折射率, $n$是折射率, $\kappa$ 是消光系数。

受抑全反射技術

如果，我們取兩個密介質區域，中間夾著一薄層的疏介質，例如一層厚度與入射光波波長大小相當的空氣薄層，讓光束透過自密介質區射向空氣層，則光會透過薄層，再進入對向的密介質區。這種入射角大於臨界角 ${\theta }_i>{\theta }_c$，而又能超越障礙，透射到另一介質的現象，稱為受抑全反射(Frustrated Total Reflection)。

這種現象的產生是由於當發生全反射時，電磁場並非完全沒有進入疏介質；只是進入疏介質區域的電磁場強度以指數式衰減的形式消失。所以在全反射的狀態之下，仍然有部分電磁場進入疏介質薄層後再進入對向的密介質區，只不過這種電磁波的強度會隨著光波行進距離越遠而很快耗損殆盡。

量子力學中的量子穿隧效應，實與此相當。

應用

绿海龟和它的全反射

光導纖維就是利用了全反射這一原理，由於反射時沒有光線的損失，因此信號可以傳輸到極遠的距離，廣泛應用於內視鏡及電信上。海市蜃樓亦是由此一原理所生成，光線從較密的介質（冷空氣）進入到較疏的介質（近地面的熱空氣）。

參見

• 漫反射
• 斯涅爾定律（光的折射定律）
• 隐失波
• 折射
• 全外反射
• 光極化
• 古斯－汉欣位移
• Template:Le
• Template:Tsl