Geht Licht von
einem optisch dichten in einen optisch dünnen Stoff über, dann
ist der Brechungswinkel
größer als der Einfallswinkel.
Das kann man z. B. beobachten, wenn Licht von Wasser in Luft übergeht
(Bild 1).
Bei einem Brechungswinkel von 90° gelangt das Licht gar nicht mehr in
den zweiten Stoff, es verläuft entlang der Grenzfläche. Vergrößert
man in dieser Situation den Einfallswinkel noch weiter, dann wird sämtliches
Licht an der Grenzfläche reflektiert. Dieser Vorgang wird als Totalreflexion
bezeichnet.
Gesetze der Totalreflexion
Denjenigen Einfallswinkel, ab dem es zur Totalreflexion kommt, kann man
mithilfe des Brechungsgesetzes
berechnen. Man nennt ihn Grenzwinkel
der Totalreflexion. Im Grenzfall beträgt der Brechungswinkel
90°. Das gebrochene Licht verläuft in diesem Fall genau in der
Grenzfläche (Bild 2, mittleres Bild). Dann gilt:
In der Übersicht (Bild 3) sind einige Werte für den Grenzwinkel
der Totalreflexion angegeben.
Besonders einfach gestaltet sich die Totalreflexion, wenn sie beim Übergang
aus einem Stoff mit der Brechzahl n in das
Vakuum (Luft) erfolgt. Aus dem allgemeinen Brechungsgesetz ergibt sich
in diesem Fall der spezielle Zusammenhang:
Aus dieser Gleichung folgt:
Je größer die Brechzahl eines bestimmten durchsichtigen Stoffes
ist, desto kleiner ist der Grenzwinkel der Totalreflexion. In optisch
sehr dichten Medien kann Licht unter Umständen regelrecht "gefangen"
werden.
Anwendungen der Totalreflexion
Die Totalreflexion wird z.B. bei Lichtleitern
(Glasfaserkabel, Lichtleitkabel) für die Nachrichtenübertragung
und bei Prismen (Umkehrprismen,
Umlenkprismen) genutzt. Genauere Informationen dazu sind unter den betreffenden
Stichwörtern zu finden.