Полное внутреннее отражение

Два обязательных условия

Первое: n₁>n₂. При переходе из меньшего n в больший критического угла для полное внутреннее отражение нет.

Второе: θ₁>θ_c. Угол измеряется от нормали к границе.

Критический угол

В предельном случае преломлённый луч идёт вдоль границы: θ₂=90°. Из n₁грехθ_c=n₂ получаем грехθ_c=n₂/n₁.

Для стекло 1,50 → воздух 1,00: θ_c≈41,8°. При больших углах распространяющийся прошедший луч отсутствует.

Исчезающее поле

Даже при TIR электромагнитное поле проникает на небольшую глубину в среду с меньшим n и экспоненциально затухает. Это исчезающее поле.

Если второй материал с высоким n приблизить достаточно близко, возможна связь через поле — разочарованное полное внутреннее отражение.

Фаза и поляризация

На идеальной прозрачной границе мощность отражения достигает 100%, но s- и p-компоненты получают разные фазовые сдвиги.

Поэтому TIR может изменять состояние поляризации, а не только направление распространения.

Оптические волокна

В волокно со ступенчатым индексом показатель сердцевины выше, чем оболочки. Допустимые режимы остаются ограниченный благодаря индексный контраст.

Реальная оптоволокно требует описание волновода: числовая апертура, режимы, дисперсия и потери на изгибе не исчерпываются простой лучевая диаграмма.

Призмы и сенсоры

Призмы используют TIR для эффективного поворота пучка. Датчики затухающих волн чувствительны к веществу непосредственно у поверхности.

Слово «полное» означает отсутствие распространяющейся передаваемая мощность в идеальном случае, а не полное отсутствие поля на другой стороне.

Граница лучевой модели

Модель Рэя правильно даёт условие критического угла, но мимолетная глубина проникновения и фазовые сдвиги поляризации требуют граничных условий Уравнения Максвелла.

Глубина проникновения зависит от длина волны, индексный контраст и угол падения и может заметно возрастать около критический угол.

Разобранный пример