全反射

和它的全反射]]

全內反射（），简称全反射，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，故稱之為全反射。

全反射只會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）时发生，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。

约翰内斯·开普勒在西元1611年於他的著作《》中，已發表全反射的現象。

光學描述
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]]
如图一所示，光线从光密介质 n_1 进入光疏介质 n_{2}：

当入射角 \theta_{\text{i}}=\theta_1 即小於临界角 \theta_{\text{c}} 时，光线同时发生进入 n_2 介质的折射，以及向 n_1 介质的反射（红色光线所示）；
当入射角 \theta_{\text{i}}=\theta_2 即大於临界角 \theta_{\text{c}}时， n_2 介质折射的光线消失，所有光线向 n_1 介质中反射（蓝色光线所示）。

临界角
临界角（）是使得全反射发生的最小的入射角。入射角是从折射界面的法线量度计算的。临界角（\theta_\text{c}）可從以下公式計算：

:\theta_\text{c}=\arcsin\frac{n_2}{n_1}

其中n_2是光疏介质的折射率，n_1是光密介质的折射率。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°。如图二中蓝色光线所示，当入射光线准确地等于临界角（图中记作\alpha_{\text{gr}}），折射光线会循折射界面的切线进行，即折射角等于90°。

以一种折射率约为1.5的光纤核心为例：
*光纤核心折射率n_1 = 1.5
*空气折射率n_2 = 1
可求得光纤核心与空气之间的临界角为\theta_\text{c} = \arcsin\frac{1}{1.5} \approx 41.81^{\circ}。

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_\text{c} =\arcsin\!\left(\frac\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_{\text{i}}>\theta_{\text{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（）。

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
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。

圖庫
File:Black_triggerfish.jpg|一隻印度角鱗魨及其在水面上的全反射影像
File:ReflexionTotale.jpg|一隻畫筆在玻璃中的水-空氣界面上的全反射
File:Demostration of Total-Internal-Reflection(TIR) in a wine glass.jpg|綠色雷射光在酒杯杯莖中的全反射

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

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參考文獻