Brechung

Beim Durchgang von einem Material in einer anderes wird Licht gebrochen. In der folgenden Illustration besitzt das linke Material den Brechungsindex $n_1$ (weisser Hintergrund) und das rechte Material den Brechungsindex $n_2$ (grauer Hintergrund). Ein Lichtstrahl (rote Linie) fällt von links mit einem Winkel $\theta_1$ zur Grenzflächennormalen (Lot) ein. An der Grenzfläche wird ein Teil der Welle reflektiert (hellblaue Linie) und ein weiterer Teil wird in das rechte Material hineingebrochen. Der gebrochene Strahl schließt einen Winkel $\theta_2$ mit der Normalen ein, welcher gegeben ist durch Snell's law,

$\large n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$.

Ist $n_1>n_2$, liefert das Snell'sche Gesetz keine Lösung $\theta_2$, sobald $n_1\sin\theta_1/n_2 >1$. In diesen Fällen gibt es keinen gebrochenen Strahl und der Lichtstrahl zur Gänze reflektiert. Dies nennt sich Totalreflexion.

Refraction and total reflection is due to the wave interference. Below are two videos of waves striking an interface at $y=125\,\mu\text{m}$ between two materials. The frequency $f$ of the oscillations are the same everywhere but wavelength is longer in the material at the bottom of the video so the speed of waves $c=\lambda f$ is higher in that material. The upper video shows conditions where refraction takes place and the lower video show conditions where total internal reflection takes place.

Both videos were created with this MATLAB script.