Réflexion totale - Définition

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Le rayon est totalement réfléchi.
Le rayon est totalement réfléchi.

En optique géométrique, un rayon lumineux traversant une séparation entre deux milieux d'indices optiques différents peut subir une réflexion et une réfraction. Lorsqu'il n'y a pas de rayon réfracté, on dit qu'il subit une réflexion totale.

Les lois de Snell-Descartes permettent de prédire dans quelle direction le rayon réfléchi se propage (voir figure ci-contre). Elles expliquent aussi le phénomène de la réflexion totale.

En effet, la loi de Snell-Descartes pour la réfraction, n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\, (voir figure), permet de montrer qu'il existe un angle limite à partir duquel la réfraction est impossible. Cela n'est possible que dans le cas où n1 > n2n1 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:

\theta_l = \arcsin\left( \frac{n_2}{n_1}\right)

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.


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.

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