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全反射
光经过不同介质时只反射不折射的现象 来自维基百科,自由的百科全书
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全內反射(英語:Total Internal Reflection),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。[1][2]


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《Dioptrice》中,已發表全反射的現象。
光學描述

如图一所示,光线从光密介质 进入光疏介质 :
当入射角 即小於临界角 时,光线同时发生进入 介质的折射,以及向 介质的反射(红色光线所示); 当入射角 即大於临界角 时, 介质折射的光线消失,所有光线向 介质中反射(蓝色光线所示)。
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临界角

临界角(英語:critical angle)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()可從以下公式計算[2][3]:
其中是光疏介质的折射率,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),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
- 空气折射率
可求得光纤核心与空气之间的临界角为。
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[4]
是复数折射率, 是折射率, 是消光系数。
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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(),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)。[5]
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。[4][5]
應用
參見
參考文獻
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