Totalrefleksion

En svømmer reflekteres tydeligt i vandoverfladen, fordi indfaldsvinklen er over den kritiske vinkel. Øverst i billedet er indfaldsvinklen mindre, og det er derfor nemmere at se ud af vandet (Snells vindue).

Totalrefleksion på en overflade sker, når alt lys reflekteres, og intet transmitteres. Fænomenet forekommer, når lyses kommer fra et materiale med et højere brydningsindeks og rammer overfladen med en indfaldsvinkel større end en kritisk vinkel ${\theta }_c$.

Indre totalrefleksion bliver for eksempel anvendt i lysledere for at undgå tab. Lysledere anvendes blandt andet til medicinske undersøgelser og til tele- og datakommunikation.

Udledning

Betingelsen for totalrefleksion kan udledes vha. Snells lov:

$n_i\sin {\theta }_i=n_b\sin {\theta }_b$

hvor $n_i$ og $n_b$ er brydningsindekserne for hvert medie, ${\theta }_i$ er indfaldsvinklen, og ${\theta }_b$ er den brudte vinkel på det transmitterede lys. Når den brudte vinkel er $90^{\circ }$ eller derover, bliver intet lys transmitteret. Betingelsen for den kritiske vinkel ${\theta }_c$ er altså:

$n_i\sin {\theta }_c=n_b\sin 90^{\circ }$

Sinus til $90^{\circ }$ er 1, så:

$n_i\sin {\theta }_c=n_b$

Den kritiske vinkel er dermed givet ved:

${\theta }_c={\sin }^{-1}\frac{n_b}{n_i}$

Da sinus til en vinkel ikke kan være højere end én, er denne betingelse kun mulig, når:

$n_b<n_i$

Totalrefleksion ses altså kun, når lyset kommer fra et medie med højere brydningsindeks.

Relation til Brewster-vinklen

Brewster-vinklen, hvor alt reflekteret lys er s-polariseret, er også givet ved brydningsindekserne:

${\theta }_B={\tan }^{-1}\frac{n_b}{n_i}$

Relationen mellem den kritiske vinkel og Brewster-vinklen er således:

$\sin {\theta }_c=\tan {\theta }_B$

De to vinkler ligger tæt på hinanden, så længe de er små.