Totalrefleksion
Totalrefleksion er grænsetilfældet for brydning, når lys forsøger at gå fra et medium med højere brydningsindeks til et med lavere indeks. Over en kritisk indfaldsvinkel tillader Snells lov ikke længere en udbredende brudt stråle.
De to betingelser for totalrefleksion
Kritisk vinkel fra Snells lov
sin θc = n₂/n₁ for n₁ > n₂.
Ved den kritiske vinkel er den brudte stråle 90° fra normalen og løber langs grænsefladen. Derfor giver sin θc = n₂/n₁ kun en kritisk vinkel, når n₁ > n₂. For θ > θc fås totalrefleksion.
Udforsk den kritiske vinkel
Refleksionen er stadig almindelig refleksion
Den reflekterede stråle følger den almindelige refleksionslov: refleksionsvinklen er lig indfaldsvinklen. “Total” betyder, at der i den ideelle tabsfri model ikke findes en udbredende transmitteret stråle. Lige på den anden side af grænsefladen findes dog et evanescent elektromagnetisk felt, som aftager hurtigt.
Optiske fibre
Kernen i en optisk fiber har højere brydningsindeks end kappen. Stråler, der kobles ind inden for et passende vinkelområde, rammer kerne-kappe-grænsen over θc og forbliver guidede. Virkelige fibre understøtter elektromagnetiske moder, ikke bogstavelige zigzagstråler, men strålemodellen viser tydeligt rollen af indekskontrasten.
Den kritiske vinkel måles ikke fra overfladen
Som i al brug af Snells lov måles θc fra normalen. En stråle, der næsten er parallel med grænsefladen, har derfor en stor indfaldsvinkel. θc afhænger af begge materialer; i en fiber er indekskontrast, kernestørrelse og bølgelængde med til at bestemme, hvilke moder der kan udbrede sig.
Gennemregnede eksempler
1. Kritisk vinkel fra glas til luft
Løsning
sin θc = 1,00/1,50. Derfor θc ≈ 41,8°.
2. Kan luft til glas give totalrefleksion?
Løsning
Nej. Totalrefleksion kræver, at det indfaldende medium har det højeste brydningsindeks.
3. Klassificér en indfaldsvinkel
Løsning
For n₁ = 1,60 og n₂ = 1,20 er θc = sin⁻¹(1,20/1,60) ≈ 48,6°. Da 55° > 48,6°, sker der totalrefleksion.