全反射

概要

下のような波の屈折の状況を考える。

このような屈折の向き（境界面に向かって折れ曲がるような屈折）は、媒質 の中での波の速さ が、媒質 の中での波の速さ より小さい場合に起こる。このとき屈折の法則より、

となり、確かに つまり入射角より屈折角の方が大きくなることが確認できる。

ここで、入射角 をどんどん大きくしていくと、ある値 となったときに、屈折角 が となる。この入射角の値 を臨界角をいう。

このとき屈折の法則より、

が成り立つ。（ただし、媒質 の中での波長を 、媒質 の中での波長を とおいた）

より、これは、

と変形できる。つまり、臨界角は、媒質ごとの速さや波長の比や、（相対）屈折率から求めることができる。

そして、入射角 が臨界角 以上になると、波は媒質 の中に屈折して入っていくことはできなくなり、境界面で全て反射する。このような現象を全反射という。

補足

よく勘違いすることとして、波が屈折する（できる）場合には、反射波は存在しないと思いがちだが、実はそうではない。波が屈折するときにも、一部の波は反射している。全反射のときは、屈折していた波も全部反射波になってしまうようなイメージ。