การสะท้อนกลับทั้งหมด

การสะท้อนกลับทั้งหมด  คือ ปรากฏการณ์แสงลักษณะหนึ่ง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อรังสีของแสง ตกกระทบกับพื้นผิวของตัวกลาง ในมุมที่กว้างกว่า มุมวิกฤต เกิดขึ้นเฉพาะกรณีที่ ดัชนีหักเหของตัวกลาง ต่ำกว่า ดัชนีหักเหของของตัวกลางที่อยู่อีกด้านหนึ่งของพื้นผิวตกกระทบ โดยที่แสงไม่ผ่านออกไป และ แสงทั้งหมดสะท้อนกลับ โดยใช้กฎการสะท้อน
เมื่อแสงข้ามผ่านเส้นแบ่งระหว่างตัวกลางสองชนิด ที่มีดัชนีหักเหที่แตกต่างกัน ลำแสงอาจเกิดการหักเห ที่พื้นผิวของตัวกลางใหม่ หรือ อาจเกิดการสะท้อนกลับทั้งหมด ขึ้นกับว่ามุมตกกระทบ มากกว่า มุมวิกฤตหรือไม่ ทั้งนี้เกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ
แสงเดินทางมาจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมากกว่า [n1=higher refractive index] ไปยังตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยกว่า [n2=lower refractive index] ยกตัวอย่างเช่น เมื่อแสงเดินทางจากแก้วไปยังอากาศ ฯลฯ
คำอธิบายทางทัศนศาสตร์.
การสะท้อนกลับทั้งหมด สามารถแสดงตัวอย่างได้โดยใช้ บล็อกแก้วครึ่งวงกลม ที่เรียกว่า เรย์บ๊อกซ์ โดยการส่องลำแสงเข้าไปในบล็อกแก้ว รูปร่างครึ่งวงกลมทำให้เกิดด้านเรียบ ซึ่งด้านที่เรียบนี้จะเป็นพื้นผิวตกกระทบให้กับลำแสงที่เราส่องเข้าไป ด้านผิวครึ่งวงกลมทำให้ไม่เกิดการหักเหที่ เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง อากาศ ไปสู่ แก้ว สำหรับที่ด้านเรียบซึ่งเป็น เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง แก้ว ไปสู่ อากาศ จะเกิดปรากฏการณ์ใดขึ้นกับ มุมตกกระทบ
เมื่อ θc เป็นมุมวิกฤตที่วัดได้ จาก แสงอาทิตย์ หรือ แหล่งกำเนิดแสง
หลักฟิสิกส์นี้ ทำให้เกิดผลิตภัณท์ต่าง ๆ เช่น เส้นใยแสง (ออปติกไฟเบอร์) ปริซึม ในกล้องส่องทางไกลแบบสองตา อีกทั้งยังเป็นพื้นฐานให้กับ การเจียระไนเพชร เพื่อให้เกิดการสะท้อนที่น่าชวนมอง
มุมวิกฤต.
"มุมวิกฤต" คือมุมอุบัติการณ์เบื้องต้น ของการเกิดการสะท้อนกลับทั้งหมด มุมตกกระทบที่เกิดการสะท้อนกลับทั้งหมดจะถูกวัดเทียบกับมุมตกกระทบที่เกิดเหตุการณ์ปกติ ที่เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง
เมื่อพิจารณาลำแสงที่ผ่านจาก แก้ว ไปสู่ อากาศ ในเหตุการณ์ปกติแสงจะผ่านออกไปสู่อากาศ แต่เมื่อ มุมตกกระทบเพิ่มขึ้นอย่างเพียงพอ มุมที่แสงผ่านออก จะเพิ่มขึ้นไปถึง มุมตั้งฉาก คือ ที่ตำแหน่ง 90องศา ณ จุดนี้จะไม่มีแสงผ่านออกไปสู่อากาศ อีกต่อไป จึงเรียกมุมนี้ว่า มุมวิกฤต
มุมวิกฤต <math>\theta_c</math> ตามกฎของสเนลล์:
 นำกฎของสเนลล์มาจัดเรียงใหม่ เราจะได้ <math> \sin \theta_i = \frac{n_2}{n_1} \sin \theta_t </math> เพื่อหามุมวิกฤต เราทำการหาค่าของ <math> \theta_i </math> เมื่อ <math> \sin \theta_t = 90 {}^\circ </math> ผลลัพธ์ที่ได้คือค่าของ <math>\theta_i</math> ซึ่งเท่ากับ มุมวิกฤต <math>\theta_c</math>
 และเราสามารถแทนค่า <math>\theta_i</math> เราจะได้สูตรในการหาค่ามุมวิฤตเป็นดังนี้:
 <math>\theta_c = \theta_i = \arcsin \left(\frac{n_2}{n_1} \right) </math>
เมื่อมุมตกกระทบมีค่าเท่ากับมุมวิกฤตพอดี ลำแสงสะท้อนจะตั้งฉากกับ เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง เพื่อการยกตัวอย่าง ลำแสงที่มองเห็นได้ เดินทางผ่าน แผ่นอะคริลิก (ที่มีค่าดัชหักเหเท่ากับ 1.50) เข้าไปสู่อากาศ (ที่มีค่าดัชนีหักเหเท่ากับ 1.00). การคำนวณหาค่าของมุมวิกฤต สำหรับตัวกลาง อะคลีลิก ไปสู่ อากาศ ทำได้ดังนี้
 <math>\theta _{c}=\arcsin \left(1.00/1.50 \right)=41.8{}^\circ </math>
ลำแสงตกกระทบที่ เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง ถ้ามีค่าน้อยกว่า 41.8° จะเกิดปรากฏการณ์ ส่องผ่านบางส่วนสะท้อนบางส่วน แต่เมื่อมุมตกกระทบมีค่ามากกว่า 41.8° จะเกิดปรากฏการณ์ สะท้อนกลับทั้งหมด จะไม่มีแสงส่องผ่านไปยังอากาศเลย
ถ้าค่าเศษส่วน: <math>\frac{n_2}{n_1}</math> มีค่ามากกว่า 1 การคำนวณหา arcsine จะไม่สามารถทำได้ ในความหมายนี้คือจะไม่มีทางเกิด การสะท้อนกลับทั้งหมด ไม่ว่ามุมตกกระทบนั้นจะมีค่ามากแค่ไหน หรือน้อยแค่ไหนก็จะไม่เกิด ปรากฏการณ์สะท้อนกลับทั้งหมด
ดังนั้นมุมวิกฤต จะมีค่าก็ต่อเมื่อ <math>\frac{n_2}{n_1}</math> มีค่าน้อยกว่า 1
ตัวอย่างที่พบเห็นได้ในชีวิตประจำวัน.
การสะท้อนกลับทั้งหมดสามารถพบเห็นได้ เมื่อเราไปว่ายน้ำ เมื่อเรามองจากใต้น้ำจะเห็นได้ว่า ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศ มีสภาพเหมือนกระจก ตัวอย่างที่พบเห็นได้ง่ายที่สุดคือ การสะท้อนกลับทั้งหมดของแสงจากเพชร ซึ่งส่องความเป็นประกายให้เห็นได้อย่างเด่นชัด และเลนส์ชนิดต่าง ๆ ซึ่งเมื่อเหลือบมองขอบเลนส์ จะเห็นได้ว่า มีลักษณะเป็นวง ๆ ซ้อนกันอยู่หลายวง อันเนื่องมาจาก กระจกเลนส์ทั้งสองด้าน ไม่ได้อยู่ในระนาบเดียวกัน ทั้งนี้ ความมากน้อยของเส้นวง ขึ้นอยู่กับกำลังขยายของเลนส์ชนิดนั้น ๆ