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과학

전반사

전반사과학
영문명
Total internal reflection
굴절률 조건
높은 쪽에서 낮은 쪽으로 진행
각도 조건
입사각이 임계각보다 큼
대표 활용
광섬유와 프리즘
전반사는 빛이 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 향할 때 입사각이 임계각보다 커지면 경계에서 반사되는 현상이다. 이상적인 손실 없는 경계에서는 낮은 굴절률 쪽으로 멀리 전파되는 굴절광이 생기지 않는다.

어느 쪽에서 들어오는가

유리에서 공기로 향하는 빛과 공기에서 유리로 들어가는 빛은 같은 조건이 아니다. 전반사는 진행하는 쪽의 굴절률이 더 높을 때 가능하다. 투명한 물체에 빛이 부딪혔다는 사실만으로 전반사가 일어나는 것은 아니다.

임계각의 의미

입사각은 경계면 자체가 아니라 그 면에 수직인 법선을 기준으로 잰다. 두 매질의 굴절률에 따라 임계각이 정해지며, 이를 넘는 조건에서는 보통의 전파하는 굴절광 대신 반사가 나타난다. 입사각과 경계면에 대한 각도를 혼동하면 조건을 반대로 읽을 수 있다.

경계 바로 근처의 장

전반사라고 낮은 굴절률 쪽에 전자기장이 전혀 없다는 뜻은 아니다. 경계 가까이에는 거리에 따라 줄어드는 장이 존재할 수 있다. 이 때문에 매우 가까운 다른 물질과의 상호작용 등에서는 단순한 광선 그림보다 더 자세한 파동 설명이 필요하다.

빛을 이끄는 구조

광섬유는 중심부와 주변부의 굴절률 관계를 이용해 빛을 안내한다. 프리즘에서도 조건을 맞추면 반사면처럼 활용할 수 있다. 실제 장치의 손실과 굽힘, 표면 상태 등은 이상적인 전반사 조건과 별도로 성능에 영향을 준다.

관련 문서

굴절 / 반사 / 빛 / 파동