光线追踪模拟
光纤应用演示
实时统计
入射角 (θᵢ)
45.0°
临界角 (θ꜀)
41.8°
折射角 (θₜ)
--
全反射状态
No
光学参数
介质属性
显示选项
预设场景
全反射物理
斯涅尔定律:
n₁sin(θ₁) = n₂sin(θ₂)
临界角:
θ꜀ = arcsin(n₂/n₁)
全反射条件:
θᵢ > θ꜀ (when n₁ > n₂)
反射定律:
θᵣ = θᵢ
理解全反射
全反射（TIR）是一种光学现象，当光线从光密介质（折射率较高）传播到光疏介质（折射率较低）时，如果入射角大于临界角，则所有光线都被反射回光密介质，不发生折射。
临界角
临界角θ꜀是折射角恰好为90°时的入射角。可以用θ꜀ = arcsin(n₂/n₁)计算，其中n₁是光密介质的折射率，n₂是光疏介质的折射率。例如，对于玻璃（n=1.5）到空气（n=1.0），临界角约为41.8°。
全反射的条件
发生全反射必须满足三个条件：(1) 光线必须从光密介质传播到光疏介质（n₁ > n₂）；(2) 入射角必须大于临界角（θᵢ > θ꜀）；(3) 表面必须足够光滑以维持反射。当这些条件满足时，100%的光被反射，使全反射比金属镜面更高效。
实际应用
全反射有许多实际应用。光纤利用全反射在极小损耗下长距离传输光信号。光纤纤芯的折射率高于包层，导致光在内界面反复反射。双筒望远镜和相机中的棱镜使用全反射将光反射90°或180°，无需镜面涂层。钻石的切割旨在最大化全反射，产生其辉煌的闪光。海市蜃楼等自然现象也源于不同温度空气层中的全反射。
光纤通信
光纤是现代电信的支柱。它们由玻璃纤芯（n≈1.48）和包层（n≈1.46）组成。以大于临界角的角度进入光纤的光会发生连续的全反射，使其能够以最小的信号损耗传播数公里。这实现了高速互联网、有线电视和电话通信。光纤演示展示了光如何通过纤芯-包层界面的全反射在简化的光纤中传播。