9.1.2　全反射

9.1.2　全反射

由光的折射定律可知,光从光密介质射入光疏介质时,折射角大于入射角。如图9.7所示,一束光线由介质斜射入空气中,可以看到光线射在界面上的同时发生了反射和折射,并且折射角大于入射角。此时,如果不断增大入射角,将会看到折射角也越来越大,并且反射光越来越强,当入射角增大到某一角度时,折射角等于90°,折射光完全消失,光线全部被反射到水中。

这种入射光在介质表面被全部反射的现象称为全反射现象,发生全反射时的入射角为临界角,用α0表示。

图9.7　全反射现象

全反射事实上是折射角先于入射角达到90°而产生的一种特殊的光学现象,根据实验得出,发生全反射现象必须具备以下两个条件:

(1)光由光密介质进入光疏介质;

(2)入射角大于临界角。

根据临界角的定义,可以求出光从折射率为n 1的光密介质进入折射率为n 2的光疏介质时的临界角。设入射角为α0时,折射角为90°,如图9.7(b)所示,根据式(9.2),有

可见,光疏介质的折射率n 2越小,光密介质的折射率n 1越大,发生全反射的临界角越小,即越容易发生全反射。表9.2是几种常见物质对真空(空气)的临界角。

表9.2　几种常见物质对真空(空气)的临界角

全反射在技术上应用很广,例如,用全反射棱镜可以制造潜水镜。此外,光导纤维的传光、传像等也是利用光的全反射原理制成的。

例9.2 已知水的折射率为1.33,空气的折射率为1,问光线从哪个方向射入,可在玻璃和水的交接面上发生全反射?它的临界角多大?

解 因玻璃对于水来说是光密介质,所以当光从玻璃入射到水中时才可能发生全反射,有

即当光从玻璃入射到水中发生全反射的临界角约为48°76′。