Kokonaisheijastus
Kokonaisheijastus syntyy, kun valo etenee suuremman taitekertoimen aineesta pienempään ja tulokulma ylittää kriittisen kulman. Tällöin toiseen aineeseen ei etene tavallista taittunutta sädettä, vaan energia heijastuu lähes kokonaan takaisin.
Ehto
Tarvitaan n₁>n₂. Pienemmästä n:stä suurempaan kuljettaessa Snellin laki antaa aina etenevän taittuneen aallon eikä tätä kokonaisheijastusta synny.
Kriittinen kulma
Kriittisessä kulmassa θ₂=90°. Siksi sinθ_c=n₂/n₁. Suuremmille tulokulmille etenevän aallon vaatima sinθ₂ olisi suurempi kuin yksi.
Evanescentti kenttä
Kenttä ei ole tarkasti nolla toisella puolella. Evanescentti aalto ulottuu lyhyen matkan ja vaimenee eksponentiaalisesti. Lähelle tuotu kolmas aine voi kytkeä energiaa ja tuottaa turhautuneen kokonaisheijastuksen.
Optinen kuitu
Kuidun ytimellä on hieman suurempi n kuin vaipalla. Ohjatut muodot pysyvät ytimessä rajapintaehtojen ansiosta; sädekuvassa tämä liittyy kokonaisheijastukseen. Numeerinen apertuuri määrää hyväksytyt kytkentäkulmat.
Prismat
Prismat voivat käyttää kokonaisheijastusta metallipeilin sijaan ja saavuttaa suuren heijastavuuden kiikareissa ja instrumenteissa, kun sisäinen kulma ylittää kriittisen.
Dispersio
n riippuu aallonpituudesta, joten kriittinen kulmakin vaihtelee hieman värin mukaan. Tämä voi vaikuttaa kuitujen ja tarkkuusoptiikan ominaisuuksiin.
Ei sama kuin tavallinen heijastus
Lasipinta heijastaa osan valosta jo pienillä kulmilla Fresnelin lakien mukaisesti. Kokonaisheijastus vaatii erityisen indeksisuunnan ja kriittisen kulman ylityksen.
Tunkeutumissyvyys
Evanescentin kentän tunkeutumissyvyys riippuu aallonpituudesta, taitekertoimista ja kulmasta. ATR-spektroskopia käyttää tätä kenttää aivan pinnan läheisen kerroksen tutkimiseen ilman etenevää sädettä syvällä näytteessä.
Goos–Hänchen-siirtymä
Äärellinen valonsäde voi kokonaisheijastuksessa siirtyä hieman rajapinnan suuntaisesti. Tämä aaltoilmiö ei näy yksinkertaisessa geometrisessa sädekuvassa ja osoittaa, että heijastus tapahtuu kentän kannalta rajallisella alueella.
Kuitumoodit
Todellinen optinen kuitu voi tukea yhtä tai useita poikittaisia moodeja ytimen koon, numeerisen apertuurin ja aallonpituuden mukaan. Monimoodikuidussa eri moodit voivat saapua eri aikoina ja levittää pulssia; yksimoodikuitu vähentää tätä mutta vaatii tarkemman geometrian.
Pintasensori
Evanescentti kenttä reagoi aivan rajapinnan lähellä olevaan aineeseen. Pieni taitekertoimen tai absorption muutos voi muuttaa häviötä tai vaihetta, joten kokonaisheijastusta käytetään kuitu- ja prismasensoreissa kemialliseen sekä biologiseen mittaukseen.
Harjoitus
Lasin n=1,50 ja ilman n=1,00. Mikä on kriittinen kulma?
Ratkaisu
sinθ_c=1/1,5≈0,667, joten θ_c≈41,8°.