臨界角

在研究全反射現象中，剛好發生全反射，即折射角為90度時的入射角是一個很重要的物理量，叫做臨界角。

基本介紹

• 中文名：臨界角
• 外文名：critical angle
• 臨界角：sin c/sin90°=n2/n1
• 發生：光線從光密介質射向光疏介質
• 學科：數理科學、光學

臨界角定義

光線從光密介質射向光疏介質時，折射角將大於入射角；當入射角為某一數值時，折射角等於90°，此入射角稱臨界角。

臨界角（英語：Critical angle）是使得全內反射發生的最少的入射角。入射角是從折射界面的法線量度計算的。臨界角（）可從以下方程式計算：

其中是較低密度介質的折射率，及是較高密度介質的折射率。這條方程式是一條斯涅爾定律的簡單套用，當中折射角為90°。 當入射光線是準確的等於臨界角，折射光線會循折射界面的切線進行。以可見光由玻璃進入空氣（或真空）為例，臨界角約為41.5°。

光學描述

如圖2所示： 光線從折射率較高的介質進入折射率較低的 介質： 當入射角 臨界角時，光線同時發生向 介質中的折射，以及向 介質中的反射（圖一中紅色光線所示）； 當入射角臨界角 時，向介質中折射的光線消失，所有光線向 介質中反射（圖一中藍色光線所示）； 全內反射僅僅可能發生在當光線從較高折射率的介質（也稱為光密介質）進入到較低折射率的介質（也稱為光疏介質）的情況下，例如當光線從玻璃進入空氣時會發生，但當光線從空氣進入玻璃則不會。

圖1反射折射圖

與法線的角度越大，光線折射的部分則越少，直至當大於臨界角時，全內反射便會發生（圖中光線的顏色只是作分別之用，並不表示不同顏色光線的光學情況。）

圖2光路圖

臨界角的計算

真空（或空氣）的折射率為1，相對於其他介質總是光疏介質。當光從折射率為n的介質進入真空或空氣時，

上式表明，在其他介質與真空或空氣的界面上，折射率越大的介質其臨界角越小，越容易發生全反射。

注意：上式只適用於光線從介質到真空（或空氣）。

幾種臨界角

幾種介質對真空或空氣的臨界角，如下圖3：

圖3幾種臨界角