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全反射現象とは?

ぜんはんしゃげんしょう

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全反射現象とは、光が屈折率の高い媒質から低い媒質に入射するとき、ある角度以上で光が完全に反射されて透過しなくなる現象です。

全反射現象とは、光が光学的に密な媒質(屈折率が高い側)から疎な媒質(屈折率が低い側)に向かって進む際、入射角が一定の臨界角を超えると、屈折光が消えて光がすべて反射される現象です。

光は媒質の境界面で屈折するとき、疎な媒質へ進む場合は入射角より屈折角が大きくなります。入射角を徐々に大きくしていくと、ある角度(臨界角)で屈折角がちょうど90度になり、それ以上の角度では光が境界を越えられず完全に反射されます。臨界角はスネルの法則から求められ、二つの媒質の屈折率の比で決まります。ガラスと空気の境界では臨界角はおよそ42度程度です。

全反射現象の代表的な応用は光ファイバーです。ガラスや樹脂のコアを、それより低い屈折率のクラッドで包み、光信号がコア内で全反射を繰り返しながら長距離を損失なく伝わります。インターネットの基幹通信や医療用内視鏡(ファイバースコープ)に欠かせない技術です。

そのほかの例としては次のものがあります。

  • ダイヤモンドが輝くのは全反射を多数回繰り返して光が内部で散乱するため
  • 水中から水面を見上げると臨界角外の領域が完全に反射して「鏡」に見える
  • プリズムを使った双眼鏡・潜望鏡での光路折り返し

使い方・例文

光ファイバーケーブルは全反射現象を利用して光信号を損失なく数キロメートルにわたって伝送しており、高速インターネット回線を支える基盤技術となっています。

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