請檢查這兩個條件,順序進行。
第一個條件是 n₁ > n₂。從玻璃到空氣中可以發生完全內反射,但從空氣到玻璃中無法發生。第二個條件是一個入射角,相對於法線,大於臨界角。
關鍵角是指光線入射角,使得斯涅定律給出折射角為 90°,即 sinθc = n₂/n₁。 較小的折射指數比 n₂/n₁ 對應著較小的關鍵角。 僅憑較大的入射角,並不能引起全反射。
正位於臨界角度的下方、正上以及上方,存在差異。
在臨界角度以下,折射光可以傳播到低折射率介質中。 在臨界角度,理想的折射光線會沿著邊界傳播。 在該角度之上,斯涅定律對於傳播的折射光線,沒有實際角度。
在波的描述中,全內反射仍然可以產生衰減指數的會聚場,該場在低折射率介質的邊界附近會衰減。因此,說在另一側不存在電磁場是不準確的。 這一頁及其光線模型,旨在探討是否會有一個折射光線遠離邊界。
這種在光纖中是如何使用的?
光纖是透過製造具有比周圍包層的更高的折射率的材料來生產的。這使得光可以發生散射。當光以適當的方向進入時,它會滿足光纖核心邊界上的全反射條件,並繼續傳播。這可以被描述為一種光以簡單光束圖來多次反射的路徑。
並非所有進入任何方向的光都會被自動捕獲。進入的角度、核心和包層的折射率,以及彎曲的程度,都會影響傳輸。對於極薄的纖維,實際的模式和損耗需要比簡單的邊界光模型更詳細的波學分析。
關鍵關係與符號
sinθc = n₂/n₁ (n₁ > n₂) · 整體內反射,當入射角 θ_incident > θc
| 符號 | 含義 | 單位 |
|---|---|---|
| n₁ | 入射介質的折射率 | 無單位 |
| n₂ | 其他介質的折射率 | 無單位 |
| θc | 從法線的臨界角 | ° 或 rad |
透過範例確認
當一個球從折射率為 1.5 的玻璃中進入空氣時,其臨界角是多少?
該角度為 θc = arcsin(1/1.5) ≈ 41.8°。 在 30° 處,存在折射;在 50° 處,存在全內反射。 如果入射介質被反轉,即光入射的介質被翻轉,那麼即使在 50° 處,這種全內反射的條件也不適用。
常見誤解
- 當光從空氣進入玻璃時,增加入射角不會導致該方向上的全反射。
- 折射角是指,當折射角為 90° 時,對應的入射角。這與反射角無關。
