Hiện tượng phản xạ toàn phần

Bài trước đã cho em thấy: khi ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn ra môi trường kém chiết quang hơn và góc tới đủ lớn, phép tính có thể cho ra $\sin r$ vượt quá 1 — nghĩa là không còn tia khúc xạ nào tồn tại.

**Phản xạ toàn phần** là hiện tượng ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn, khi góc tới đạt tới hoặc vượt quá một giá trị gọi là **góc tới hạn** $i_{gh}$, không còn tia khúc xạ nào ló ra khỏi mặt phân cách nữa — toàn bộ năng lượng ánh sáng bị phản xạ trở lại môi trường ban đầu. Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần gồm hai vế, thiếu một vế đều không được: (1) ánh sáng phải truyền từ môi trường chiết quang hơn ($n_1$) sang môi trường kém chiết quang hơn ($n_2 < n_1$); (2) góc tới $i$ phải lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn $i_{gh}$. Góc tới hạn được tính từ chính định luật khúc xạ, xét trường hợp riêng khi tia khúc xạ đi sát mặt phân cách, tức $r = 90°$: $n_1 \sin i_{gh} = n_2 \sin 90° = n_2$, suy ra $\sin i_{gh} = \dfrac{n_2}{n_1}$. Công thức này chỉ có nghiệm khi $n_2 < n_1$ — đúng với điều kiện (1) ở trên; nếu $n_2 \geq n_1$ thì $\sin i_{gh} \geq 1$, vô nghiệm, nghĩa là không tồn tại phản xạ toàn phần theo chiều đó. Có thể hình dung phản xạ toàn phần như một "cửa sổ" hẹp dần: với góc tới nhỏ, phần lớn ánh sáng vẫn thoát ra được qua mặt phân cách (kèm một phần nhỏ phản xạ, như mọi mặt phân cách khác); góc tới càng tăng, cửa sổ khúc xạ càng hẹp lại, cho tới đúng góc tới hạn thì cửa sổ đóng hẳn — mọi tia sáng từ góc đó trở đi đều bị dội ngược lại.