光波27年度④（全反射）

１．導入

前回は何やったっけ？屈折の実験やったよね。空気からガラスに入るとどう曲がる？そうだね，屈折角の方が小さく曲がる。では逆にガラスから空気だとどうなる？そうだよね，屈折角の方が大きくなるね。

２．全反射

では，このとき，入射角を大きくしていくとどうなる？
どこかで屈折角が90°になってしまい（この状態を明確に表すのは無理），さらに入射角を大きくすると…

屈折光がなくなってしまい，反射光だけになってしまいます。この現象を全反射といいます。また，屈折角が90°になる入射角のことを「臨界角」θ_cといいます。

臨界角を求めてみましょう。簡単のために，絶対屈折率がnの物質から真空に光が入射する場合を考えます。屈折の法則から，
n×sinθ_c＝1×sin90°
よって，
sinθ_c＝1/n
となります。これは公式ではないです。考えればすぐに出てくる式です。

また，全反射は屈折率の大きい物質から小さい物質へ入射するときにしか起こりえません。小さい物質から大きい物質，例えば空気から水，に入射するときには入射角よりも屈折角の方が小さいから，屈折角が90°になることはあり得ないのです。

全反射の実用例は知っていますね。そうです，光ファイバーです。光ファイバーの被膜の中は2層構造になっていて，中心をコア，外側をクラッドといいます。どちらの屈折率が高いですか？
コアですよ！屈折率の大きいコアから小さいクラッドにいくときに全反射が起きる。いいね！

※銅線よりも光ファイバーの方が通信速度が速いというのは，周波数を大きくすることができるということです。つまり，データを送るにはプラスマイナスで表現する。電流ならばそのままプラスマイナス。光ならばオンオフで表現する。この技術が光の方が優れているということです。

また，蜃気楼も全反射の現象です。例えば春の富山湾では立山黒部に積もった雪が解けて，冷たい雪解け水が富山湾に注ぎます。すると海水面付近の空気は冷やされる。一方，上空に春の暖気がやってくると，上下に温度差が生じます。それはすなわち光の速さの差が生じます。ここで屈折，全反射が起きるわけです。

３．問題演習

それではいくつか問題をやっていきましょう。これはつまらない問題ですが，少し慣れようね。

解答です。

次はこれ。

これは実験でやったからできるでしょ？出るときは対称的に45°で出ていきます。よって，入射光と平行になる。

最後ですが，これはできないね。（１）だけね。

これは解説をします。問題は数値ですが，一般化したいために深さh，屈折率nで考えます。

ここでのポイントは，
①本当は真上近くから見ているので，実際の角度はもっと小さいこと（でも説明するのにわかりにくいから大きい角度で描いている）。
②人間の眼には光がやってきたら，その交点から出てきているように見えるってこと。よって，浅く見えるのです。

６．まとめ

今日は全反射を学習しました。次回はレンズに入ります。

授業を終えて。。。
・問題４（２）の全反射の問題だけ残ってしまった！全反射の説明の前に問題をやって，そのあと問題４（２）をやろう！
・まあ今日は反応が悪い授業。別のクラスではいい感じだった。