Тотална унутрашња рефлексија
Тотална унутрашња рефлексија је гранични случај преламања када светлост покушава да пређе из средине већег индекса преламања у средину мањег индекса. Изнад критичног угла Снелов закон више не дозвољава простирање преломљеног зрака.
Потребна су два услова
Светлост мора да иде из средине са већим индексом ка мањем, дакле n₁>n₂, а упадни угао мерен од нормале мора бити већи од критичног.
Сам велики угао није довољан. Зрак који иде из ваздуха у стакло не може на тој граници да доживи тоталну унутрашњу рефлексију јер се креће од мањег ка већем индексу.
Критични угао следи из Снеловог закона
На критичном углу преломљени зрак иде дуж границе, па је θ₂=90°. Зато важи sin θc=n₂/n₁, када је n₁>n₂.
За стакло n₁=1,50 и ваздух n₂=1,00 добија се θc≈41,8°. Зато је 50° изнад границе, а 30° испод ње.
Истраживач критичног угла
Одбијени зрак и даље поштује закон одбијања
Угао одбијања једнак је упадном углу. „Тотална“ значи да у идеалном моделу нема простирајућег трансмитованог зрака.
Са друге стране границе ипак може постојати еванесцентно електромагнетно поље које брзо опада; оно није обичан преломљени зрак геометријске оптике.
Оптичко влакно користи разлику индекса
Језгро влакна има нешто већи индекс од омотача. Светлост уведена у одговарајућем опсегу углова сусреће границу изнад θc и остаје вођена.
Строго говорећи, право влакно подржава електромагнетне модове, а не буквалне цик-цак зраке, али зрачни модел јасно показује улогу индекса.
Угао се мери од нормале
У Снеловом закону угао није мерен од површине већ од нормале. Зрак који иде скоро паралелно са границом зато има велики упадни угао.
Критични угао зависи од оба материјала и од таласне дужине преко дисперзије. Промена омотача мења и опсег модова који могу да се воде.
Решени примери
1. Стакло–ваздух
n₁=1,50, n₂=1,00. Нађите θc.
Решење
θc≈41,8°.
2. Ваздух–стакло
Да ли је могућа тотална унутрашња рефлексија?
Решење
Не; потребан је прелаз од већег ка мањем индексу.
3. Стакло–вода
n₁=1,50, n₂=1,33.
Решење
θc≈62,5°; 70° је изнад критичног угла.
Критични угао је својство пара средина за задату таласну дужину, јер индекс преламања није строго константан са λ. Код реалних влакана таласна природа, услови модова и губици дају прецизнију слику, али Снелов закон остаје поуздан први тест да ли је простирајући преломљени талас могућ.
У практичној оптици идеалну геометрију увек треба повезати са величинама које се заиста мере. Индекс преламања, жижна даљина и гранични услови могу да зависе од таласне дужине, а реалан сноп има коначну ширину. Зато се мала одступања од идеалног модела могу јасно видети близу критичног угла или када израчуната даљина слике постане веома велика. Добра провера је да се упоредо користе геометријски цртеж и једначина, а затим провере знак, ред величине и гранични случај. Резултат важи у оквиру претпоставки: равна граница или танко сочиво, параксијални зраци где су потребни и хомогена средина са добро дефинисаним индексом. Када те претпоставке више нису довољне, потребни су таласна оптика или прецизније праћење зрака, али основни закони и даље остају важна провера доследности.