光学/全反射

全反射是一种发生在光线从光学密度更高的介质（或折射率更高的介质 ${n_{1}}$) 传播到光学密度更低的介质（折射率更低的介质 ${n_{2}}$) 时发生的现象，例如从玻璃到空气或从水到空气。当光线从光学密度更高的介质传播到光学密度更低的介质时，光线会发生折射，偏离法线。如果逐渐增加入射角，会发现当折射角偏离法线超过一定程度时，光线会发生反射而不是折射。当斯涅尔定律预测的折射角大于 90 度时，就会发生这种情况。

当光线从任何介质传播到另一个光学密度更低的介质时，在一定入射角下会发生全反射。在这种情况下，光线从有机玻璃传播到空气。

临界角 $\theta _{c}$ 定义为入射角（在折射率更高的材料中），斯涅尔定律预测其折射角为 90 度——这意味着光线沿着表面传播而不是进入折射率更低的材料。

可以使用斯涅尔定律计算临界角

$n_{1}\sin \theta _{1}=n_{2}\sin \theta _{2}\,\!$

$n_{1}\sin \theta _{c}=n_{2}\sin 90^{\circ }=n_{2}$

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

$\theta _{c}=\sin ^{-1}\left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right)$

对于大于 θ_c 的任何入射角，都会发生全反射。

由于反射光线始终不会离开折射率更高的材料，因此全反射的斯涅尔定律变为 $n_{1}\sin \theta _{1}=n_{1}\sin \theta _{2}$，换句话说 $\theta _{1}=\theta _{2}$，即反射定律。

在不同折射率材料之间的边界处，总会有一部分能量被反射，但通常很小（通常只有百分之几）。然而，在全反射的情况下，光束能量的 100% 被反射（因此称为“全”反射）。

下次你在游泳池时，可以轻松地观察到全反射。如果你在水下向上看，你会看到天空。当你转动头部，更接近水平方向看时，你会看到游泳池底部（或侧面）的反射。来自游泳池底部的这些光线以大于临界角的入射角撞击水-空气边界，因此它们被反射到你眼前。

如何判断反射光线不是折射光线？ 反射定律第二条指出，“入射光线、反射光线和法线共面”。因此，折射光线必须在第二种介质中。如果它在它起源的同一介质中，那么它就是反射光线。反射角也与入射角相同，这与反射定律第一条一致。