Visiškas vidinis atspindys
Visiškas vidinis atspindys yra ribinis lūžio atvejis. Kai šviesa sklinda iš didesnio lūžio rodiklio terpės į mažesnio rodiklio terpę, virš kritinio kritimo kampo Snellio dėsnis nebeleidžia sklindančio lūžusio spindulio.
Dvi visiško vidinio atspindžio sąlygos
Vienu metu būtinos dvi sąlygos: n₁ turi būti didesnis už n₂, o nuo normalės matuojamas kritimo kampas turi viršyti kritinį kampą. Vien didelis kampas nepakanka, jei šviesa sklinda iš mažesnio rodiklio terpės į didesnio.
Lūžio rodiklis paprastai priklauso ir nuo bangos ilgio, todėl ta pati dviejų medžiagų riba skirtingoms spalvoms gali turėti šiek tiek kitokį kritinį kampą. Šviesolaidyje svarbus ne vien θc: šerdies ir apvalkalo lūžio rodiklių skirtumas lemia ir kampų sritį, kuria įvestas spindulys gali būti vedamas. Taigi visiškas vidinis atspindys nėra vien „didelio kampo“ reiškinys — jį kartu nustato sklidimo kryptis, abiejų terpių optinės savybės ir bangos ilgis.
Kritinis kampas iš Snellio dėsnio
sin θc = n₂/n₁ (n₁ > n₂)
Ties kritiniu kampu lūžęs spindulys sklinda išilgai ribos ir sudaro 90° su normale. Iš n₁sinθ₁=n₂sinθ₂ gauname sinθc=n₂/n₁, kai n₁>n₂. Kai θ>θc, geometrinėje optikoje antroje terpėje nebėra sklindančio perduoto spindulio.
Kritinio kampo tyrimas
Atspindys išlieka įprastas atspindys
Atspindėtas spindulys vis tiek paklūsta atspindžio dėsniui: atspindžio kampas lygus kritimo kampui. Žodis „visiškas“ idealiame modelyje reiškia sklindančios perduotos bangos nebuvimą; už ribos gali likti greitai slopstantis evanescentinis laukas.
Optinės skaidulos
Optinės skaidulos šerdis turi didesnį lūžio rodiklį nei apvalkalas. Tinkamu kampu įvesti spinduliai ribą pasiekia virš θc ir lieka vedami daugkartinių atspindžių. Tikros skaidulos palaiko elektromagnetinius modas, tačiau spindulių modelis aiškiai parodo rodiklių skirtumo svarbą.
Kritinis kampas matuojamas nuo normalės
Kampai Snellio dėsnyje matuojami nuo normalės, ne nuo paviršiaus. Todėl beveik lygiagrečiai ribai sklindantis spindulys turi didelį kritimo kampą. θc priklauso nuo abiejų medžiagų ir keičiasi keičiant n₂/n₁.
Naudinga atskirti spindulių modelį nuo pilno elektromagnetinio aprašymo. Idealaus visiško vidinio atspindžio metu į antrą terpę nekeliauja įprasta sklindanti banga, tačiau laukas ties riba nėra tiksliai nulis. Evanescentinis laukas šiek tiek prasiskverbia į antrą terpę ir eksponentiškai silpsta; šis reiškinys naudojamas jutikliuose ir optiniuose ryšiuose.
Išspręsti pavyzdžiai
1. Stiklas į orą
Sprendimas. n₁=1,50, n₂=1,00: θc≈41,8°.
2. Oras į stiklą
Sprendimas. Iš 1,00 į 1,50 visiškas vidinis atspindys negalimas, nes krintančios terpės rodiklis mažesnis.
3. Kampo klasifikavimas
Sprendimas. n₁=1,60 ir n₂=1,20 duoda θc≈48,6°. Kadangi 55°>48,6°, vyksta visiškas vidinis atspindys.