
【化】 total reflection
全反射(Total Internal Reflection)是光学领域的重要物理现象,指光从光密介质(如玻璃或水)射向光疏介质(如空气)时,当入射角超过临界角后,光线完全被反射回原介质的现象。该术语在汉英词典中对应英文翻译为"total internal reflection"(来源:《现代汉英综合大词典》电子版),其核心特征包含:
发生条件
需同时满足两个条件:① 光从折射率较高的介质(n₁)传播至折射率较低的介质(n₂);② 入射角θ₁大于临界角θ_c。临界角计算公式为: $$ θ_c = arcsinleft(frac{n_2}{n_1}right) $$ (来源:Halliday《物理学基础》第11版)
物理特性
全反射过程中无折射光产生,反射光能量等于入射光能量(来源:中国科学技术大学《光学原理》公开课)。这一特性区别于普通反射现象,其反射率可通过菲涅尔公式推导得出。
应用场景
① 光纤通信:利用全反射实现光信号低损耗传输(来源:《光纤通信系统》John M. Senior著);
② 内窥镜成像:通过玻璃纤维束传导图像(来源:Nature Reviews Physics期刊);
③ 钻石切割工艺:通过设计刻面角度增强全反射效果,提升宝石闪耀度(来源:美国宝石学院GIA官网)。
该现象最早由法国数学家Augustin-Jean Fresnel在1823年通过波动理论完整解释(来源:《大英百科全书》"Optics"词条)。当前研究聚焦于超材料中的反常全反射效应及其在光子器件中的应用(来源:Physical Review Letters 2024年刊)。
全反射是光学中的一种现象,指光从光密介质(折射率较高的介质,如玻璃)进入光疏介质(折射率较低的介质,如空气)时,当入射角超过临界角,光线全部被反射回原介质的现象。以下是详细解释:
全反射发生在两种介质的交界处。当光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角时,折射光消失,所有光线被反射回原介质。例如,光线从水中射向空气时,若角度足够大,水面会像镜子一样完全反射光线。
临界角(theta_c)可通过以下公式计算: $$ sintheta_c = frac{n_2}{n_1} $$ 其中,(n_1)为光密介质的折射率,(n_2)为光疏介质的折射率。例如,玻璃((n_1=1.5))到空气((n_2=1.0))的临界角约为41°。
全反射时,折射光的能量为零,入射光能量完全转化为反射光能量。这种现象避免了光能损失,因此在光纤通信、光学仪器(如显微镜物镜)中有重要应用。
全反射会伴随隐矢波(或隐失场)的产生:光波在光疏介质中短暂存在并迅速衰减,传播距离约为波长量级(百纳米级)。
全反射是光在特定条件下完全反射回原介质的现象,其核心在于临界角与介质折射率的关系。更多细节可参考光学教材或专业百科(如)。
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