Totalreflexion
Die Totalreflexion ist ein optisches Phänomen, bei dem Licht an der Grenzfläche zweier Medien nicht gebrochen, sondern vollständig reflektiert wird.
Totalreflexion in der Natur
Die Totalreflexion ist Ursache für Naturerscheinungen wie die Fata Morgana oder scheinbar nasse Straßen in der Sommerhitze. Hier entstehen Spiegelbilder durch Totalreflexion zwischen kühlen und heißen Luftschichten.
Auch das Funkeln von geschliffenen Diamanten ist der Totalreflexion zuzuschreiben. Wegen der hohen Brechzahl von Diamant kommen Lichtstrahlen zwar leicht in den Edelstein hinein, aber erst nach einer mehr oder minder großen Zahl von Totalreflexionen wieder aus dem Stein hinaus.
Anwendungen der Totalreflexion
Die Totalreflexion wird z.B. in Glasfasern und Umlenkprismen angewendet, um das Licht nahezu verlustfrei in die gewünschte Richtung zu lenken.
Auch für Strahlteiler kann die Totalreflexion nutzbar gemacht werden. Hier bedient man sich allerdings der verhinderten Totalreflexion (Abk. FTIR="engl". frustrated total internal reflection): Unmittelbar hinter der ersten Grenzfläche, d.h. in einem Abstand, der maximal so groß wie die Wellenlänge des Lichtes ist, befindet sich eine zweite Grenzfläche zu einem Material, das wieder die Brechzahl n1 besitzt. Das elektromagnetische Feld des Lichtes dringt über eine kurze Distanz in den Bereich mit der Brechzahl n2 ein und kann die zweite Grenzfläche erreichen, allerdings abgeschwächt. Im Endeffekt teilt sich der Strahl auf: ein Teil breitet sich in der ursprünglichen Richtung weiter aus, während ein anderer Teil reflektiert wird. Wieviel Licht reflektiert bzw. transmittiert wird hängt von der Dicke der Schicht mit dem Brechzahl n2 ab. Im Bild sind die Wellenfronten als schwarze Linien eingezeichnet. Die Beugung des Lichtes ist der Einfachheit wegen vernachlässigt, obwohl sie bei dem in der Zeichnung verwendeten Verhältnis Wellenlänge/Strahldurchmesser eine bedeutsame Rolle spielen würde. Der Intensitätsverlust im Medium n2 verläuft exponentiell nach der Formel
Die transmittierte Welle in Medium n2 wird auch als evaneszente Welle bezeichnet. Siehe evaneszent.
Verwandte Effekte
Unter dem Brewster-Winkel auftreffendes Licht kann unter gewissen Voraussetzungen nicht reflektiert werden und wird vollständig gebrochen.
