Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. К тому же, коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.

В рамках геометрической оптики объяснение явления достаточно простое: опираясь на закон Снеллиуса и учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синус которого больше отношения меньшего коэффициента преломления к большему коэффициенту, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.

Для получения значений напряженностей участвующих в процессе электрических полей используют формулы Френеля:

 

Для рассмотрения явления полного внутреннего отражения нельзя напрямую использовать формулы Френеля, т.к. в них входит угол распространения ψ проходящей волны. Однако можно преобразовать эти формулы, введя в них n. В результате простых математических преобразований мы получим выражение для cosψ комплексном виде, что в последующем ведет к комплексным выражениям для напряженностей отраженных полей. Выражения такого рода имеют простой физический смысл: аргумент комплексной амплитуды определяет сдвиг фазы колебания. Таким образом, появление комплексных величин в выражениях для отраженной и преломленной волн означает, что эти волны отличаются от падающей не только по амплитудам, но и по фазам.

Это может привести к ситуации, когда компоненты E_{r_|_} и E_r|| испытывают набег фазы по отношению к E_{i_|_} и E_i||, обозначаемые соответственно δ_{_|_}, δ_||, так что

 

Таким образом, в отраженном свете между взаимно перпендикулярными компонентами E_{r_|_} и E_r|| появится сдвиг фазы, зависящим от угла падения и относительного показателя преломления. Следовательно, явление полного внутреннего отражения позволяет получить эллиптически-поляризованный свет. Разумеется, необходимо, чтобы падающий пучок не был естественным, но обладал поляризацией.

 

Изменение фазы отраженной волны используется при констуировании оптических приборов, таких как параллелепипед Френеля (рис.1), различные фотографические поляризующие фильтры. Используется при демонстрации свойств отраженного излучения в различных образовательных мероприятиях.

По изменению поляризации света, при отражении от поверхности, можно судить о структуре поверхности, оптических постоянных, толщине образца.

 

 

Для стекла (n = 1.5) можно подобрать такие значения φ, чтобы сдвиг фазы был равен 45^о, а именно при φ = 48^o37' или φ = 54^o37'. Двухкратное полное внутреннее отражение под указанным углом дает узменение фазы на π/2, т.е. действует как пластинка в четверть волны.

Френель изготовил параллелепипед из стекла (рис.1) с подходящим показателем преломления, действующим указанным образом.

Пластинка, осуществленная в виде параллелепипеда Френеля, конечно, менее удобна, чем соответствующие кристаллические аналоги. Однако она имеет преимущество в том отношении, что сообщаемая ею разность фаз меньше зависит от длины волны, чем аналоги из слюды.