Loading AI tools
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
全反射(英语:Total Internal Reflection),又称全内反射,是一种光学现象。当光线经过两个不同折射率的介质时,部份的光线会于介质的界面被折射,其馀的则被反射。但是,当入射角比临界角大时(光线远离法线),光线会停止进入另一介面,全部向内面反射。[1] [2]
这只会发生在当光线从光密介质(较高折射率的介质)进入到光疏介质(较低折射率的介质),入射角大于临界角(critical angle)时。因为没有折射(折射光线消失)而都是反射,故称之为全反射。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。最常见的是沸腾的水中气泡显得十分明亮,就是因为发生了全反射。
克卜勒(Johannes Kepler,1571-1630)在西元1611年于他的著作《Dioptrice》中,已发表全反射的现象。
如图一所示: 光线从折射率较高的 介质进入折射率较低的 介质: 当入射角 即少于临界角 时,光线同时发生趋离 介质(normal)的折射,以及向 介质的反射(图一中红色光线所示); 当入射角 即大于临界角 时, 介折射的光线消失,所有光线向 介质中(英语:normal)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。
例如:
那么空气和光纤核心临界角( )为
临界角(英语:Critical angle)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()可从以下方程式计算[2][4]:
其中是较低密度介质的折射率,及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°。
如果,我们取两个密介质区域,中间夹著一薄层的疏介质,例如一层厚度与入射光波波长大小相当的空气薄层,让光束透过自密介质区射向空气层,则光会透过薄层,再进入对向的密介质区。这种入射角大于临界角 ,而又能超越障碍,透射到另一介质的现象,称为受抑全反射(Frustrated Total Reflection)。[5]
这种现象的产生是由于当发生全反射时,电磁场并非完全没有进入疏介质;只是进入疏介质区域的电磁场强度以指数式衰减的形式消失。所以在全反射的状态之下,仍然有部分电磁场进入疏介质薄层后再进入对向的密介质区,只不过这种电磁波的强度会随著光波行进距离越远而很快耗损殆尽。[5]
光导纤维就是利用了全反射这一原理,由于反射时没有光线的损失,因此信号可以传输到极远的距离,广泛应用于内视镜及电信上。海市蜃楼亦是由此一原理所生成,光线从较密的介质(冷空气)进入到较疏的介质(近地面的热空气)。