光学

全反射と光ファイバー

屈折率の大きい媒質から小さい媒質へ光が臨界角以上で進むと屈折光はなくなり、全反射します。この現象は光ファイバーで光を導きます。

屈折率の大きい媒質から小さい媒質へ光が臨界角以上で進むと屈折光はなくなり、全反射します。この現象は光ファイバーで光を導きます。

モデルと物理量

スネルの法則は n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂ です。n₁ > n₂ では、屈折光が境界面に沿う (θ₂ = 90°) 入射角が臨界角となり、sinθc = n₂/n₁ です。全反射は高屈折率側から低屈折率側へ進み、θ₁ > θc のときだけ起こります。

クイックチェック

屈折率の大きい媒質 $n_1$ から小さい媒質 $n_2$ へ進むとき、臨界角は $\sin heta_c=n_2/n_1$ を満たします。入射側が高屈折率媒質で、入射角が臨界角を超えた場合にのみ全反射します。光ファイバーではコアの屈折率をクラッドより高くし、繰り返す全反射で光を閉じ込めます。損失の小さい信号伝送と電気的絶縁ができるため、通信や医療用内視鏡に使われます。光ファイバーを急に曲げすぎると光の一部が漏れるため、損失を抑える形状と材料が選ばれます。