全内反射

全内反射 (TIR) 是一种光学现象，其中到达界面（边界）的波从一种介质到另一种介质（例如，从水到空气）没有折射到第二（外部）介质中，而是完全反射回 xxx（内部）介质。 当第二种介质比xxx种介质具有更高的波速（即折射率更低），并且波以足够倾斜的角度入射到界面上时，就会发生这种情况。 例如，当从下方斜向观察时，典型鱼缸中的水对空表面会像镜子一样反射水下场景，没有亮度损失（图 1）。

TIR 不仅发生在光和微波等电磁波中，还发生在其他类型的波中，包括声波和水波。 如果波能够形成窄波束（图 2），则反射倾向于用射线而不是波来描述； 在性质与方向无关的介质中，例如空气、水或玻璃，光线垂直于相关的波前。

折射通常伴随着部分反射。 当波从传播速度较低（较高折射率）的介质折射到速度较高的介质时——例如，从水到空气——折射角（出射光线和表面法线之间）大于 入射率（入射光线和法线之间）。 当入射角接近某个阈值（称为临界角）时，折射角接近 90°，此时折射光线与边界表面平行。 随着入射角增大，超过临界角，折射条件不再满足，于是就没有折射光线，部分反射变成全反射。 对于可见光，从水入射到空气的临界角约为49°，从普通玻璃入射到空气的临界角约为42°。

TIR 机制的细节会产生更微妙的现象。 虽然根据定义，全反射不涉及能量持续流过两种介质之间的界面，但外部介质携带所谓的渐逝波，该波沿界面传播，其振幅随与界面的距离呈指数下降。 如果外部介质无损（完全透明）、连续且范围无限，则全反射确实是全反射，但如果渐逝波被有损外部介质吸收（衰减的全反射）或转向，则全反射可能明显小于全反射 由外部介质的外边界或嵌入该介质中的物体（受挫 TIR）。 与透明介质之间的部分反射不同，全内反射伴随着每个偏振分量（垂直或平行于入射平面）的非平凡相移（不仅仅是零或 180°），并且相移随角度变化 发病率。 Augustin-Jean Fresnel 于 1823 年对这种效应的解释增加了支持光的波动理论的证据。

菲涅耳的发明菲涅耳菱形体利用相移来修改偏振。 全内反射的效率被光纤（用于电信电缆和成像纤维镜）和反射棱镜所利用，例如用于单筒望远镜和双筒望远镜的正像普罗/屋脊棱镜。

尽管全内反射可以发生在任何一种可以说是倾斜入射的波中，包括（例如）微波和声波，但最常见的是光波。

可以使用普通玻璃或丙烯酸玻璃的半圆柱形块来演示光的全内反射。 在图 3 中，光线盒径向向内投射一束窄光束（光线）。 玻璃的半圆形横截面允许入射光线保持垂直于空气/玻璃表面的弯曲部分，然后继续沿直线朝向表面的平坦部分，尽管它与平坦部分的角度 变化。

在光线与平面玻璃-空气界面相遇的地方，光线与界面的法线（垂直）之间的角度称为入射角。 如果这个角度足够小，光线会被部分反射但大部分会透射，透射部分会折射远离法线，因此折射角（折射光线与界面法线之间）大于角度 发病率。 目前，我们称入射角为 θi 和折射角为 θt（其中 t 表示透射，r 表示反射）。 随着 θi 增加并接近某个临界角，用 θc（或有时 θcr）表示，折射角接近 90°（即折射光线接近界面的切线），折射光线变暗，而反射光线 光线变得更亮。