全内反射

全内反射（英语：Total Internal Reflection），又称全反射，是一种光学现象。当光线经过两个不同折射率的介质时，部分的光线会于介质的界面被折射，其余的则被反射。但是，当入射角比临界角大时（光线远离法线），光线会停止进入另一界面，反之会全部向内面反射。这只会发生在当光线从光密介质（较高折射率的介质）进入到光疏介质（较低折射率的介质），入射角大于临界角时。因为没有折射（折射光线消失）而都是反射，故称之为全内反射。例如当光线从玻璃进入空气时会发生，但当光线从空气进入玻璃则不会。最常见的是沸腾的水中气泡显得十分明亮，就是因为发生了全内反射。克普勒（Johannes Kepler，1571-1630）在公元1611年于他的著作《Dioptrice》中，已发表全内反射的现象。如图一所示： 光线从折射率较高的 n 1 {displaystyle n_{1}} 介质进入折射率较低的 n 2 {displaystyle n_{2}} 介质： 当入射角 θ i = θ 1 < {displaystyle theta _{i}=theta _{1}<} 临界角 θ c {displaystyle theta _{c}} 时，光线同时发生向 n 2 {displaystyle n_{2}} 介质中的折射，以及向 n 1 {displaystyle n_{1}} 介质中的反射（图一中红色光线所示）； 当入射角 θ i = θ 2 > {displaystyle theta _{i}=theta _{2}>} 临界角 θ c {displaystyle theta _{c}} 时，向 n 2 {displaystyle n_{2}} 介质中折射的光线消失，所有光线向 n 1 {displaystyle n_{1}} 介质中反射（图一中蓝色光线所示）； 全内反射仅仅可能发生在当光线从较高折射率的介质（也称为光密介质）进入到较低折射率的介质（也称为光疏介质）的情况下，例如当光线从玻璃进入空气时会发生，但当光线从空气进入玻璃则不会。临界角（英语：Critical angle）是使得全内反射发生的最少的入射角。入射角是从折射界面的法线量度计算的。临界角（ θ c {displaystyle theta _{c}} ）可从以下方程计算：其中 n 2 {displaystyle !n_{2}} 是较低密度介质的折射率，及 n 1 {displaystyle !n_{1}} 是较高密度介质的折射率。这条方程是一条斯涅尔定律的简单应用，当中折射角为90°。 当入射光线是准确的等于临界角，折射光线会循折射界面的切线进行。以可见光由玻璃进入空气（或真空）为例，临界角约为41.5°。如果，我们取两个密介质区域，中间夹着一薄层的疏介质，例如一层厚度与入射光波波长大小相当的空气薄层，让光束透过自密介质区射向空气层，则光会透过薄层，再进入对向的密介质区。这种入射角大于临界角 θ i > θ c {displaystyle theta _{i}>theta _{c}} ，而又能超越障碍，透射到另一介质的现象，称为受抑全内反射(Frustrated Total Reflection)。这种现象的产生是由于当发生全反射时，电磁场并非完全没有进入疏介质；只是进入疏介质区域的电磁场强度以指数式衰减的形式消失。所以在全反射的状态之下，仍然有部分电磁场进入疏介质薄层后再进入对向的密介质区，只不过这种电磁波的强度会随着光波行进距离越远而很快耗损殆尽。量子力学中的量子隧穿效应，实与此相当。光导纤维就是利用了全内反射这一原理，由于反射时没有光线的损失，因此信号可以传输到极远的距离，广泛应用于内视镜及电信上。海市蜃楼亦是由此一原理所生成，光线从较密的介质（冷空气）进入到较疏的介质（近地面的热空气）。