光學/全反射

全反射是一種發生在光線從光學密度更高的介質（或折射率更高的介質 ${n_{1}}$ ) 傳播到光學密度更低的介質（折射率更低的介質 ${n_{2}}$ ) 時發生的現象，例如從玻璃到空氣或從水到空氣。當光線從光學密度更高的介質傳播到光學密度更低的介質時，光線會發生折射，偏離法線。如果逐漸增加入射角，會發現當折射角偏離法線超過一定程度時，光線會發生反射而不是折射。當斯涅爾定律預測的折射角大於 90 度時，就會發生這種情況。

臨界角 $\theta _{c}$ 定義為入射角（在折射率更高的材料中），斯涅爾定律預測其折射角為 90 度——這意味著光線沿著表面傳播而不是進入折射率更低的材料。

可以使用斯涅爾定律計算臨界角

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

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

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

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

對於大於 θ_c 的任何入射角，都會發生全反射。

由於反射光線始終不會離開折射率更高的材料，因此全反射的斯涅爾定律變為 $n_{1}\sin \theta _{1}=n_{1}\sin \theta _{2}$ ，換句話說 $\theta _{1}=\theta _{2}$ ，即反射定律。

在不同折射率材料之間的邊界處，總會有一部分能量被反射，但通常很小（通常只有百分之幾）。然而，在全反射的情況下，光束能量的 100% 被反射（因此稱為“全”反射）。

下次你在游泳池時，可以輕鬆地觀察到全反射。如果你在水下向上看，你會看到天空。當你轉動頭部，更接近水平方向看時，你會看到游泳池底部（或側面）的反射。來自游泳池底部的這些光線以大於臨界角的入射角撞擊水-空氣邊界，因此它們被反射到你眼前。

如何判斷反射光線不是折射光線？ 反射定律第二條指出，“入射光線、反射光線和法線共面”。因此，折射光線必須在第二種介質中。如果它在它起源的同一介質中，那麼它就是反射光線。反射角也與入射角相同，這與反射定律第一條一致。