光子學與光電

全內反射(total internal reflection)

全內反射相當於一面不花成本的完美鏡子——這正是光纖、稜鏡,乃至鑽石閃光得以成立的原因。當光在較密介質(如玻璃)中行進、以掠角撞上與較疏介質(如空氣)的交界時,它不會穿透出去,而是幾乎不損失能量地全部反彈回來。把入射角調得比某個「臨界角」更斜,折射便完全關閉——這個表面就成了無瑕的反射鏡。

其成因是折射推到了極限:光進入折射率較低的介質時會偏離法線,但存在一個最大角度,超過後它在物理上就無法逸出,於是改為反射。臨界角只取決於兩種材料的折射率。這正是導光的全部基礎:光纖的纖核並非靠牆壁把光留住,而是始終讓光以足夠淺的角度撞擊交界,使光子永遠被折返。

θ_c = arcsin(n₂ / n₁), for n₁ > n₂

全內反射只發生在光由較密介質進入較疏介質(高折射率到低折射率)時,反向則不會;這個不對稱性正是光纖纖核折射率必須高於纖殼的原因。

又稱
TIR全反射