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如何选择光学反射镜?----内反射与外反射的对比

发布时间:2025-11-5

核心定义
外反射:光线从光疏介质射向光密介质时,在界面发生的反射。
示例:光线从空气(n≈1.0)射向玻璃(n≈1.5)。这是我们日常生活中最常见的反射。
内反射:光线从光密介质射向光疏介质时,在界面发生的反射。
示例:光线从玻璃(n≈1.5)内部射向空气(n≈1.0)。这种现象是光纤、棱镜等光学器件的工作原理。


特性
外反射
内反射
折射率条件
n_i < n_tni n_i > n_tni>nt
相位变化
存在半波损失
不存在半波损失
临界角
不存在
存在
反射率
随入射角增大而缓慢增加
在临界角以下与外反射类似;在临界角处发生突变
能量分配
始终同时存在反射光和折射光
分为两种情况:部分反射和全反射
常见应用
平面镜、水面反射
光纤、全反射棱镜、增透膜理论基础

1. 相位变化(半波损失)
这是两者最根本的物理区别。
外反射:当光从光疏介质射向光密介质时,反射光会发生180°的相位跃变,即所谓的“半波损失”。这相当于在反射光的光程上增加了半个波长(λ/2)。
内反射:在发生内反射时,反射光不会发生半波损失。
为什么这一点很重要? 在薄膜干涉(如增透膜、增反膜)和牛顿环等现象中,半波损失是决定干涉结果是相长还是相消的关键因素。

2. 临界角与全反射
这是内反射独有的、也是最重要的特性。
外反射:因为总是有折射光进入第二种介质,所以不存在临界角。
内反射:
当入射角 < 临界角:与普通反射一样,同时存在反射光和折射光。这被称为部分内反射。
当入射角 ≥ 临界角:折射光消失,入射光全部被反射回第一种介质。这被称为全内反射。

临界角计算公式:

其中ni 是光密介质的折射率,nt 是光疏介质的折射率。

外反射(红线):在入射角小于约50°时,反射率很低(约4%),之后平缓上升,直至90°时达到100%。
内反射(蓝线):在临界角(约41°)之前,其行为与外反射几乎完全相同。但在达到临界角时,反射率瞬间跃升至100%,并在此后一直保持,完美展示了全内反射现象。
外反射普遍存在,但效率不高(除非入射角非常大)。镜子是利用金属反射,而非外反射原理。
内反射,特别是全内反射,是高效、无能量损失的光学过程。它是现代光通信的基石(光纤),也是许多光学仪器(如双目望远镜中的全反射棱镜)的核心工作原理。简单来说,外反射是“普通模式”,而内反射则拥有在特定角度下实现“完美反射”的强大能力。

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