Если луч света (3) падает на поверхность раздела между средой с показателем преломления n₁ и средой с показателем преломления n₂<n₁ под постепенно уменьшающимся углом, то есть с постепенно увеличивающимся углом падения a, то при определенном угле падения a_о угол преломления становится равным β_о = 90^о (рисунок 2.3).

В этом случае луч света (2') распространяется параллельно поверхности раздела двух сред. Угол падения a_о называется критическим (предельным) углом двух сред.

Для критического угла a_о имеет силу следующее соотношение:

sin a_о = n₂ / n₁ ,

то есть критический угол зависит от отношения показателей преломления n₁ и n₂ двух сред.

Например, для критического угла между водой с n₁=1,333 и воздухом с n_o=1 имеем sina_о=1/1,333 » 0,75 и a_о » 49^о; между стеклом с n₁=1,5 и воздухом с n_o=1 он равен sina_о=1/1,5 » 0,67 и a_о»42^о.

Для всех лучей, у которых угол падения a больше критического угла a_о, не существует соответствующих преломленных лучей в оптически менее плотной среде. Эти лучи света отражаются на поверхности раздела обратно в оптически более плотную среду - это явление называется полное внутреннее отражение (луч света 1).

Полное внутреннее отражение может происходить на поверхности раздела сред только тогда, когда луч света распространяется из оптически более плотной среды (например, стекло n₁=1,5) в оптически менее плотную среду (например, воздух n_o=1), и никогда не происходит в обратном случае.