Полное внутреннее отражение

По́лное внутреннее отражение

Отражение оптического излучения (См. Оптическое излучение) (света) или электромагнитного излучения другого диапазона (например, радиоволн) при его падении на границу раздела двух прозрачных сред из среды с большим преломления показателем (См. Преломления показатель) (ПП). П. в. о. осуществляется, когда угол падения i превосходит некоторый предельный (называется также критическим) угол i_пр. При i > i_np преломление во вторую среду прекращается. Впервые П. в. о. описано И. Кеплером. После открытия Снелля закона преломления (См. Снелля закон преломления) стало ясно, что в рамках геометрической оптики (См. Геометрическая оптика) П. в. о. — прямое следствие этого закона: оно обусловлено тем, что угол преломления j не может превышать 90° (рис. 1). Величина i_пр задаётся условием sini_пр = 1/n, где n — относительный ПП 1-й и 2-й среды. Значения n и, следовательно, i_пр несколько отличаются для разных длин волн (частот) излучения (Дисперсия света). При П. в. о. электромагнитная энергия полностью (отсюда — «полное») возвращается в оптически более плотную (с большим ПП) среду. Значение Отражения коэффициента при П. в. о. превосходит его самые большие значения для зеркального отражения от полированных поверхностей и практически с высокой точностью равно 1. Кроме того, этот коэффициент при П. в. о., в отличие от зеркального отражения, не зависит от длины волны излучения (при условии, что для этой длины волны П. в. о. вообще имеет место) и даже при многократном П. в. о. спектральный состав («цвет») сложного излучения не меняется. Поэтому П. в. о. широко используется во многих оптических приборах и экспериментах (см., например, Волоконная оптика, Отражательные призмы, Поляризационные призмы, Световод, см. рис. 2 и 3). Следует, однако, отметить, что энергия электромагнитных волн при П. в. о. частично проникает во 2-ю (с меньшим ПП) среду, но затем возвращается обратно. Глубина этого проникновения весьма невелика — порядка длины волны отражаемого света. См. также Отражение света, Преломление света, Френеля формулы.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Толанский С., Удивительные свойства света, пер. с англ., М., 1969.

Рис. 1. Полное внутреннее отражение (луч 6) происходит при углах падения света на поверхность оптпчески менее плотной среды, превышающих критический угол iпр, для которого угол преломления j составляет 90° (луч 5). A — источник света. Показатель преломления нижней среды больше показателя преломления верхней.

Рис. 2. Призмы полного внутреннего отражения: а — поворачивающая призма; б — оборотная призма. Стрелки на линиях, изображающих лучи света, указывают направление этих лучей.

Рис. 3. Полное внутреннее отражение в струе жидкости. S — источник света.