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当光从一种介质射向另一种介质时，如果满足一定的条件，可能出现界面将入射光线全部反射回原介质而不发生折射，则称这种现象为“全反射”（或称“完全内反射”）。

满足什么条件，才可能发生全反射呢?当光线从光疏介质射向光密介质（n₁＜n₂），根据折射定律n₁sinI₁=n₂sinI₂，显然恒有折射角I₂＜入射角I₁，表明在全部入射角范围内，折射光线始终存在，因而不会发生全反射；而当光线从光密介质射向光疏介质时，则可能发生全反射。

图1.13表示，由光源S发出的光线从光密介质射向光疏介质时（n₁＞n₂）发生全反射的情况。根据折射定律，折射角I₂总是大于入射角I₁，并且随着入射角I₁的增大，相应的折射角I₂也增大（折射光的能量则减小，而反射光的能量增大）。当入射角增大至某一个特定的角度I₁₀时，刚好折射角I₂=90°，此时折射光线沿两介质的分界面掠射，且能量趋近于零；当入射角I₁＞I₁₀时，折射光线不复存在，入射光线全部反射。则称与折射角I₂=90°相对应的入射角I₁₀为“全反射临界角”。

由上述分析看出，发生全反射必须满足两个条件：光线从折射率高的介质（光密介质）射向折射率低的介质（光疏介质）；并且入射角要大于全反射临界角。

根据折射定律，可以确定全反射临界角

特别，当光线是从折射率为n的介质（例如玻璃或水）射向空气中时，则有：

由计算知，光线从水射向空气时，水的全反射临界角I₁₀=48°36＇；表1.3还给出了从不同折射率的玻璃射向空气时的全反射临界角数值。数据表明，随着玻璃折射率增大，其对应的全反射临界角减小。

2）全反射的应用

全反射的原理在光学仪器和光学技术中有广泛而重要的应用。最重要的有：

利用全反射原理构成的反射棱镜，比相应镀有反光膜的平面反射镜具有许多优点。主要是：在理论上，反射面可将入射光能全部反射回原介质，从而使光能损失大为减小；相应的平面反射镜，由于其反光膜层存在吸收等因素，因而将损失10％左右的光能；另外，其反射膜层容易变质和受到损伤。此外，反射棱镜具有结构稳定、易于装配等优点。因此，在很多光学系统中，均以反射棱镜取代相应作用的平面反射镜。有关反射棱镜的详细内容将在第5章中详细介绍。图1.14画出了最常用的两种直角反射棱镜（图（a）是一次反射直角棱镜；图（b）是二次反射直角棱镜）。

光导纤维是一种由内外两层折射率不同的玻璃拉制而成的细丝纤维。其内层是纤芯，折射率n₁值较高（例如典型值可取折射率为1.62）；外层是包层，其折射率n₂较低（例如典型值可取1.52）。由于n₁＞n₂，且包层和芯之间形成良好的光学界面，因而可保证发生连续多次的全反射。

图1.15（a）以用于制造传光束与传像束的阶跃型多模光纤为例，表示依据全反射原理光线在圆柱光导纤维内进行的情况；图（b）是光导纤维的子午截面内光线发生全反射的示意图，由此可以导出在光纤芯、包界面发生全反射的端面入射条件。

研究利用透明的光导纤维传输光信号、光能量以及图像的科学称为纤维光学。依据具体结构与传输机理的不同，光纤（光导纤维）又可区分为阶跃多模光纤、渐变折射率多模光纤与单模光纤，它们在传输光信号、光能、图像、传感以及光通信等方面均有广泛、重要而大量的应用。有关纤维光学的基本内容将在第13章中具体介绍。