全反射

如图一所示： 光线从折射率较高的 ${\displaystyle n_{1}}$  介质进入折射率较低的 ${\displaystyle n_{2}}$  介质： 当入射角 ${\displaystyle \theta _{i}=\theta _{1}}$  即少於临界角 ${\displaystyle \theta _{c}}$  时，光线同时发生趨離 ${\displaystyle n_{2}}$  介质(normal)的折射，以及向 ${\displaystyle n_{1}}$  介质的反射（图一中红色光线所示）； 当入射角 ${\displaystyle \theta _{i}=\theta _{2}}$  即大於临界角 ${\displaystyle \theta _{c}}$ 时， ${\displaystyle n_{2}}$  介折射的光线消失，所有光线向 ${\displaystyle n_{1}}$  介质中(英語：normal)反射（图一中蓝色光线所示）； 全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。

${\displaystyle O_{1}\times \sin \alpha _{gr}=O_{2}\times \sin \beta }$ ^[3]

例如：

• ${\displaystyle O_{1}}$ 為光纖核心折射率 (英語：refractive index) ${\displaystyle \approx }$  1.5
• ${\displaystyle O_{2}}$  為空氣折射率 (英語：refractive index) = 1
• ${\displaystyle \beta }$  = ${\displaystyle 90^{\circ }}$ 
• ${\displaystyle \alpha _{gr}}$ =未知

${\displaystyle {\displaystyle \arcsin }}$ ${\displaystyle ((1\times \sin 90^{\circ })/1.5)=\alpha _{gr}}$ 

那麼空氣和光纖核心临界角( ${\displaystyle \theta _{c}}$ )為 ${\displaystyle \alpha _{gr}}$ 

临界角（英語：Critical angle）是使得全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（${\displaystyle \theta _{c}}$ ）可從以下方程式計算^[2][4]：

${\displaystyle \theta _{c}=\arcsin {\frac {n_{2}}{n_{1}}}}$ 

其中${\displaystyle \!n_{2}}$ 是较低密度介质的折射率，及${\displaystyle \!n_{1}}$ 是较高密度介质的折射率。这条方程式是一条斯涅尔定律的简单应用，当中折射角为90°。 当入射光线是准确地等于临界角，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48.7°。

如果，我們取兩個密介質區域，中間夾著一薄層的疏介質，例如一層厚度與入射光波波長大小相當的空氣薄層，讓光束透過自密介質區射向空氣層，則光會透過薄層，再進入對向的密介質區。這種入射角大於臨界角 ${\displaystyle \theta _{i}>\theta _{c}}$ ，而又能超越障礙，透射到另一介質的現象，稱為受抑全反射(Frustrated Total Reflection)。^[5]

這種現象的產生是由於當發生全反射時，電磁場並非完全沒有進入疏介質；只是進入疏介質區域的電磁場強度以指數式衰減的形式消失。所以在全反射的狀態之下，仍然有部分電磁場進入疏介質薄層後再進入對向的密介質區，只不過這種電磁波的強度會隨著光波行進距離越遠而很快耗損殆盡。^[5]

量子力學中的量子穿隧效應，實與此相當。^[5]

 

光導纖維就是利用了全反射這一原理，由於反射時沒有光線的損失，因此信號可以傳輸到極遠的距離，廣泛應用於內視鏡及電信上。海市蜃樓亦是由此一原理所生成，光線從較密的介質（冷空氣）進入到較疏的介質（近地面的熱空氣）。

• 漫反射
• 斯涅爾定律（光的折射定律）
• 隐失波
• 折射
• 全外反射
• 光極化
• 古斯－汉欣位移
• 完美镜面（英语：Perfect mirror）
• 斯涅爾窗（英语：Snell's window）