Wenn Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei Stoffen bzw. Materialien trifft, so wird das Licht zum Teil reflektiert, zum Teil verändert es an der Grenzfläche die Richtung. So entsteht eine Brechung des Lichtes, wenn Licht von einem optisch dichterem Stoff in ein optisch dünneren Stoff gelangt (und natürlich umgekehrt). Man kann sich die Regeln der Lichtbrechung relativ einfach merken:
Trifft das einfallende Licht in einem Winkel a auf die Grenzfläche, dann wird es in der Regel abgelenkt (siehe Bild). Der physikalische Vorgang, der dabei abläuft, wird als Brechung bezeichnet. Dabei sollte man aber nicht vergessen, dass ein Lichtstrahl, der senkrecht auf eine Grenzfläche trifft, keine Brechung erfährt.
Wie bereits erwähnt, findet Lichtbrechung beim Übergang eines Lichtstrahls zwischen verschiedenen Medien mit unterschiedlichen optischen Dichten statt. Wenn Licht auf eine Grenzschicht trifft, ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit (zwei verschiedene Medien) und so ändert sich auch die Ausbreitungsrichtung. Im Gegensatz dazu beruht die Lichtbeugung nicht durch Brechung an Grenzflächen zwei verschiedener Medien, sondern kommt durch Interferenz zustande. Beugung bedeutet nichts anderes, als die Ablenkung eines Lichtstrahls an einem Hindernis (z.B. Spalt oder Gitter). Nach dem Hindernis “bewegt” sich das Licht hinter dem Hindernis bzw. Spalt weiter. Bei der Lichtbrechung wird der Lichtstrahl hingegen “abgelenkt”.
Das Gesetz von Snellius gibt den Zusammenhang zwischen Ein- und Ausfallswinkel eines Lichtstrahles und den optischen Dichten der beiden beteiligten Medien wieder
Die Lichtbrechung ist das Phänomen der Änderung der Lichtgeschwindigkeit und damit der Richtung, wenn es von einem Medium in ein anderes übergeht.
Wenn Licht von einem transparenten Medium hoher Dichte auf ein Medium geringerer Dichte trifft, wird es vom Normalweg abweichen.
Wenn Licht von einem Medium niedriger Dichte zu einem Medium hoher Dichte übergeht, nähert es sich dem normalen Weg und wird gebrochen.
Licht wird auf seinem Pfad abgelenkt, wenn es von einem Medium in ein anderes übergeht und diese Medien verschiedene Brechungsindizes haben.
Der Brechungsindex ist das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im betrachteten Medium.
Das Snellius-Gesetz, auch bekannt als Brechungsgesetz, besagt, dass das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Ausfallswinkels gleich dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeiten in den beiden Medien ist. Das folgt direkt aus der Definition des Brechungsindex.
Totalreflexion ist das Phänomen, bei dem die gesamte einfallende Lichtenergie an der Grenze zwischen zwei Medien reflektiert wird, wenn das Licht von einem Medium mit höherem Brechungsindex in eines mit niedrigerem übergeht und der Einfallswinkel größer als der kritische Winkel ist.
Der kritische Winkel ist derjenige Winkel, bei dem das Licht die Grenzfläche längs abgleitet und über dem alle Winkel die Totalreflexion verursachen.
Das Prinzip der reversiblen Wege in der Lichtbrechung besagt, dass Licht immer den gleichen Pfad verfolgen wird, wenn es rückwärts entlang des Pfades zurückgeht, den es beim Passieren durch verschiedene Medien genommen hat.
Bei der Reflexion wird das Licht vollständig in das Medium zurückgeworfen, aus dem es gekommen ist, während bei der Brechung das Licht seine Richtung ändert, wenn es von einem Medium in ein anderes übergeht.