Полное внутреннее отражение

Полное внутреннее отражение, отражение оптического излучения (света) или электромагнитного излучения другого диапазона (например, радиоволн) при его падении на границу раздела двух прозрачных сред из среды с большим преломления показателем (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 стало ясно, что в рамках геометрической оптики 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. 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.

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.