Réflexion totale
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En optique géométrique, le phénomène de réflexion totale survient lorsqu'un rayon lumineux arrive sur la surface de séparation de deux milieux d'indices optiques différents avec un angle d'incidence supérieur à une valeur critique : il n'y a alors pas de rayon réfracté transmis et seul subsiste un rayon réfléchi.
Ce phénomène n'intervient que lorsque le rayon lumineux incident est dans un milieu d'indice plus grand que l'éventuel rayon réfracté : réfexion de type verre-air par exemple.
[modifier] Théorie
Si on considère un dioptre séparant deux milieux d'indices n1 et n2, la loi de Snell-Descartes pour la réfraction permet de montrer qu'il existe un angle d'incidence limite au delà duquel la réfraction est impossible. Cela n'est possible que dans le cas où n1 > n2 où n1 et n2 sont les indices de réfraction de chaque milieu.
Sur le schéma ci-contre, l'angle θ1 est plus petit que l'angle limite et le rayon rouge est à la fois réfléchi et réfracté. Pour le rayon bleu incident selon l'angle θ2 supérieur à l'angle critique, il y a réflexion totale. L'angle limite est donné par la loi de Snell-Descartes, et l'on a:
La mesure de l'angle limite permet ainsi de connaître le rapport de l'indice de réfraction des deux matériaux, et si l'un est connu de mesurer l'autre. Ce principe est utilisé dans les réfractomètres.
[modifier] Onde évanescente, réflexion totale frustrée
Si la réflexion totale empêche l'existence d'une onde réfractée pouvant se propager dans le milieu le moins réfringent, il y persiste néanmoins une onde qui ne se propage pas, à proximité immédiate du dioptre. Cette onde évanescente a une amplitude décroissante exponentiellement lorsqu'on s'éloigne du dioptre, et elle est indépendante du temps. L'électrodynamique des milieux continus permet son calcul. Ce phénomène est notamment utilisé par le microscope de fluorescence par réflexion totale interne.
Cette onde permet d'obtenir le phénomène de réflexion totale frustrée : en accolant un second dioptre au voisinage du premier, il est possible de récupérer une partie de l'onde évanescente, et tout se passe comme s'il n'y avait pas eu réflexion totale. En effet, une partie de la lumière est réfractée. Ceci constitue une sorte d'effet tunnel optique.
La réflexion totale n'est pas immédiate, car l'onde évanescente pénètre un peu dans le milieu avant d'être réfléchie. Le retard induit par cette réflexion dépend de la polarisation de la lumière : on peut ainsi séparer les composantes transverse électrique et transverse magnétique d'un faisceau incident.
