Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n₁ (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n₂ (оптически менее плотной, n₁ > n₂), например из стекла в воздух, то, согласно закону преломления, преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления β больше, чем угол падения α (рис. 1.1.10, а). 

С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис. 1.1.10, б, в) до тех пор, пока при некотором угле падения (α = α_пр) угол преломления не окажется равным π/2.

Угол α_пр называется предельным углом. При углах падения α > α_пр весь падающий свет полностью отражается (рис. 1.1.10, г):

• По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного – растет.
• Если α = α_пр, то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 1.1.10, г).
• Таким образом, при углах падения в пределах от α_пр до π/2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы.Это явление называется полным отражением.

Предельный угол α_пр определяется из формулы

\({n_{\rm{1}}}\sin \alpha = {n_2}\sin \pi /2\); \({\alpha _{{\rm п}{\rm р}}} = {\rm{arcsin}}\frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\).

Явление полного отражения используется в призмах полного отражения (рис. 1.1.11).

Показатель преломления стекла равен n » 1,5, поэтому предельный угол для границы стекло – воздух α_пр = arcsin (1/1,5) = 42°.

При падении света на границу стекло – воздух при α > 42° всегда будет иметь место полное отражение.

На рис. 1.1.11 показаны призмы полного отражения, позволяющие:

а) повернуть луч на 90°;

б) перевернуть изображение;

в) обернуть лучи.

Призмы полного отражения применяются в оптических приборах (например: в биноклях, перископах), а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатели преломления тел (по закону преломления, измеряя α_пр, определяем относительный показатель преломления двух сред, а также абсолютный показатель преломления одной из сред, если показатель преломления второй среды известен).

Явление полного отражения используется также в световодах, представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала (рис. 1.1.12).

Современные оптические волокна имеют разные модификации и бывают одномодовыми и многомодовыми. В волоконных деталях применяют стекловолокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Свет, падающий на торец световода под углом больше предельного, претерпевает на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.

Световоды используются при создании телеграфно-телефонных кабелей большой пропускной способности. Кабель состоит из сотен и тысяч оптических волокон, тонких, как человеческий волос. По такому кабелю, толщиной в обычный карандаш, можно одновременно передавать до восьмидесяти тысяч телефонных разговоров.

Кроме того, световоды используются в оптоволоконных электронно-лучевых трубках, в ЭВМ, для кодирования информации, в медицине (например, диагностика желудка), для целей интегральной оптики.