Mini-kurzus
Teljes belső visszaverődés
Teljes belső visszaverődés akkor lehetséges, amikor a fény nagyobb törésmutatójú közegből kisebb törésmutatójúba halad, és a beesési szög meghaladja a kritikus szöget. Ekkor nincs terjedő megtört sugár a másik közegben; az energia ideálisan visszaverődik.
Kritikus szög
Snell törvényéből a határesetben θ₂=90°, ezért sinθc=n₂/n₁, ha n₁>n₂. Ha n₁≤n₂, ilyen kritikus szög nincs ebben az irányban. Ezért teljes belső visszaverődés nem jön létre például levegőből víz felé egyszerű sík határfelületen.
Mi történik a kritikus szög alatt?
θ<θc esetén általában részleges visszaverődés és törés egyszerre történik. A kritikus szögnél a megtört sugár a határfelület mentén haladna. E fölött a geometriai optikában már nincs valós törési szög; a terjedő energia nem lép át a második közegbe szokásos megtört hullámként.
Evaneszcens tér
A „teljes” visszaverődés ellenére az elektromágneses tér nem szakad meg élesen a felületen. A kisebb törésmutatójú közegbe evaneszcens mező nyúlik be, amely exponenciálisan lecseng. Ha egy másik közeg nagyon közel kerül, frusztrált teljes visszaverődés révén energia csatolódhat át.
Optikai szál
Optikai kábel magjának törésmutatója kissé nagyobb a köpenyénél. Megfelelő szögben terjedő fénymódusok a mag–köpeny határon teljes belső visszaverődéshez kapcsolódó vezetést mutatnak, így kis veszteséggel nagy távolságra vihető információ. Valós szálban módusszerkezet és hullámoptikai leírás pontosabb a egyszerű „pattogó sugárnál”.
Prizma és műszerek
Derékszögű prizmában teljes belső visszaverődéssel tükörbevonat nélkül is nagy hatásfokú irányváltoztatás érhető el. Binokulárok és optikai eszközök használhatnak ilyen prizmákat. Előnye lehet a jó reflexió és a bevonatok öregedésének elkerülése bizonyos felületeken.
Gyémánt csillogása
A gyémánt nagy törésmutatója viszonylag kis kritikus szöget eredményez levegő felé. Megfelelő csiszolással sok sugár többször visszaverődik a belsejében, mielőtt kilép. A diszperzióval együtt ez hozzájárul az erős csillogáshoz és színbontáshoz.
Nem a fény „nem tud kijutni”
A jelenség pontosan meghatározott geometriai és törésmutató-feltételekhez kötött. Más beesési szögben a fény kijuthat. A felület minősége, görbülete és abszorpció is számít valós rendszerben. Ezért a teljes belső visszaverődés nem általános bezárás, hanem bizonyos módusok határfeltétele.
Próbáld ki
Üvegből (n₁=1,50) levegőbe (n₂≈1,00) haladó fény kritikus szöge körülbelül mekkora?
Megoldás
sinθc=1,00/1,50=0,667, ezért θc≈41,8°. Ennél nagyobb belső beesési szögnél teljes belső visszaverődés lehetséges.