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 
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）。

 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（）可從以下公式計算：

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Y. Chen, "General law of refraction" https://assets-eu.researchsquare.com/files/rs-4783430/v1_covered_eebd8628-fdf9-4366-bfaa-bef42f6128d5.pdf 

 是复数折射率, 是折射率,  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（），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。

 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



 參考文獻 

Category:几何光学
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