光的全反射和全反射临界角

根据折射定律，光密介质的折射率总是大于光疏介质的折射率。当光波由光疏介质进入光密介质时，折射角总是小于入射角，折射线向靠近界面法线方向偏折，无论入射角多大，总是可以进入光密介质的。相反，当光波由光密介质进入光疏介质时，折射角总是大于入射角，折射线向远离界面法线的方向偏折；随着入射角逐渐增大，折射角也以更大的幅度逐渐增大，当折射角增至90°时，折射光波不再折入光疏介质，而是沿界面方向传播；再稍微增大入射角，入射光波将全部按反射定律反射回光密介质中，这种现象称为透明物质的全反射（Total reflection）。使折射角r=90°的入射角称为全反射临界角。

图1-8　光的全反射

图1-8中光线1从光密介质（折射率为N）入射光疏介质（折射率为n）时，发生折射，折射角r大于入射角i。当入射线向左移动，即入射角增大时，则折射线向界面方向移动，即折射角也随之增大。当入射线变到2的位置，折射角变为90°，折射线（2″）沿界面方向射出。光线2的入射角即为光疏介质n对光密介质N的全反射临界角。稍微增大入射角，入射光将沿光线2′方向（按反射定律）返回光密介质，所以2方向左侧的入射光都全部反射回光密介质，而不再折入光疏介质，这就是光的全反射现象。以φ代表全反射临界角，根据折射定律可得下式：(www.xing528.com)

因为sin90°=1，所以n=Nsinφ。这样，如果折射率较大的介质的N值已知，则可根据全反射临界角计算出较小折射率介质的n值。测定透明物质折射率的阿贝折射仪就是根据这种全反射原理设计制造的（本书第七章中详细介绍）。还有宝石折射仪、尼科尔棱镜也都利用了光的全反射原理。