Grundlegende Definitionen
Externe Reflexion: Reflexion, die an der Grenzfläche zwischen zwei Medien auftritt, wenn Lichtstrahlen von einem weniger dichten Medium in ein dichteres Medium eintreten.
Beispiel: Lichtstrahlen, die von Luft (n≈1,0) in Glas (n≈1,5) eintreten. Dies ist die häufigste Art der Reflexion, mit der wir im Alltag konfrontiert sind.

Interne Reflexion: Reflexion, die an der Grenzfläche zwischen zwei Medien auftritt, wenn Licht von einem dichteren Medium in ein weniger dichtes Medium eintritt.
Beispiel: Licht, das von Glas (n≈1,5) in Luft (n≈1,0) eintritt. Dieses Phänomen bildet die Grundlage für die Funktionsweise optischer Geräte wie Glasfasern und Prismen.

Eigenschaften	Außenreflexion	Innenreflexion
Bedingungen für den Brechungsindex	n_i < n_tni<nt	n_i > n_tni>nt
Phasenänderung	Es gibt Halbwellenverluste	Keine Verluste im Halbwellenkreis
Kritischer Winkel	Nicht vorhanden	Vorhandensein
Reflexionsvermögen	Nimmt mit zunehmendem Einfallswinkel allmählich zu	Unterhalb des kritischen Winkels verhält es sich ähnlich wie bei der Außenreflexion; beim kritischen Winkel tritt eine abrupte Änderung auf
Energieverteilung	Reflektiertes Licht und gebrochenes Licht existieren immer gleichzeitig	Es gibt zwei Szenarien: Teilreflexion und Totalreflexion
Allgemeine Anwendungsbereiche	Flache Spiegel, Reflexionen auf Wasseroberflächen	Theoretische Grundlagen von optischen Fasern, Totalreflexionsprismen und Antireflexbeschichtungen

1. Phasenverschiebung (Halbwellenverlust)
Dies ist der grundlegendste physikalische Unterschied zwischen den beiden Phänomenen.
Externe Reflexion: Wenn sich Licht von einem optisch dünnen Medium in ein optisch dichtes Medium ausbreitet, erfährt das reflektierte Licht eine Phasenverschiebung um 180°, die üblicherweise als „Halbwellenverlust” bezeichnet wird. Dies entspricht einer Verlängerung des optischen Weges des reflektierten Lichts um die Hälfte der Wellenlänge (λ/2).
Interne Reflexion: Bei der internen Reflexion erfährt das reflektierte Licht keinen Halbwellenverlust.

Warum ist das wichtig? Bei Interferenzphänomenen in dünnen Schichten, wie z. B. Antireflexbeschichtungen, Antireflexfolien und Newton-Ringen, bestimmen Halbwellenverluste, ob die Interferenz zu einer konstruktiven oder destruktiven Interferenz führt.

2. Kritischer Winkel und totale interne Reflexion
Dies ist das charakteristischste und wichtigste Merkmal der internen Reflexion.
Externe Reflexion: Da das gebrochene Licht immer in das zweite Medium eintritt, gibt es keinen kritischen Winkel.
Interne Reflexion:
Wenn der Einfallswinkel < dem kritischen Winkel ist: Wie bei der normalen Reflexion gibt es sowohl reflektiertes als auch gebrochenes Licht. Dies wird als partielle interne Reflexion bezeichnet.
Wenn der Einfallswinkel ≥ dem kritischen Winkel ist: Das gebrochene Licht verschwindet und das gesamte einfallende Licht wird zurück in das erste Medium reflektiert. Dies wird als totale interne Reflexion bezeichnet.

Формула расчета критического угла:

Hier bezeichnet ni den Brechungsindex des optisch dichten Mediums und nt den Brechungsindex des optisch dünnen Mediums.

Externe Reflexion (rote Linie): Bei Einfallswinkeln unter etwa 50° ist der Reflexionskoeffizient sehr niedrig (etwa 4 %), danach steigt er allmählich an und erreicht bei 90° 100 %.
Interne Reflexion (blaue Linie): Bis zum kritischen Winkel (etwa 41°) verhält sie sich fast identisch wie die externe Reflexion. Bei Erreichen des kritischen Winkels springt der Reflexionskoeffizient jedoch sofort auf 100 % und bleibt danach konstant, was das Phänomen der totalen internen Reflexion deutlich veranschaulicht.
Außenreflexion kommt überall vor, ist jedoch ineffizient (es sei denn, der Einfallswinkel ist sehr groß). Spiegel nutzen die Metallreflexion und nicht das Prinzip der Außenreflexion.

Die Innenreflexion, insbesondere die Totalreflexion, ist ein hocheffizienter optischer Prozess mit geringem Energieverlust. Es ist die Grundlage der modernen optischen Kommunikation (Glasfaser) und bildet die Grundlage für die Funktionsweise vieler optischer Geräte, wie z. B. Prismen mit vollständiger Innenreflexion in Ferngläsern. Im Wesentlichen ist die Außenreflexion der „Standardmodus“, während die Innenreflexion die bemerkenswerte Fähigkeit besitzt, unter bestimmten Winkeln eine „perfekte Reflexion“ zu erreichen.

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