Refraktiokerroin

Refraktiokerroin, tai yksinkertaisesti refraktiokerroin (n), on optinen suure, jolla kuvataan, kuinka nopeasti sähkömagneettiset aallot etenevät aineessa suhteessa tyhjiöön. Sen perusteella voidaan määritellä vaihenopeus vp = c / n, missä c on valon nopeus tyhjiössä. Refraktiokerroin on sekä ainekohtainen että aallonpituusriippuvainen, ja se kuvaa kykyä taivuttaa ja hidastaa valoa aineessa.

Snellin laki kuvaa, miten valon kulku muuttuu rajapinnalla kahden aineen välillä: n1 sin θ1 = n2 sin θ2. Tämä laki perustuu refraktiokerroinmittausten määrittelemään nopeuden muutokseen sekä valon kulmamuutokseen rajapinnassa.

Monissa materiaaleissa valon eteneminen on lisäksi häviöllistä, jolloin käytetään kompleksista refraktiokerrointa ñ = n − iκ. Siinä imaginaariosuus κ kuvaa absorptiota; häviöt kasvattavat tai vähentävät valon intensiteettiä, ja absorptio voidaan tunnistaa esimerkiksi kaavan α ≈ 4πκ/λ perusteella.

Refraktiokerroin riippuu aallonpituudesta (dispersion). Yleisiä tinäyt t: Sellmeierin kaava n^2(λ) = 1 + (B1 λ^2)/(λ^2 − C1) + (B2 λ^2)/(λ^2 − C2) + (B3 λ^2)/(λ^2 − C3) antaa valonvalinnalleen n(λ). Arvot vaihtelevat aineittain; klassisia esimerkkejä: ilman ilmanpaineen lähialueilla n ≈ 1,0003; vesi n ≈ 1,333; kirkas lasi noin 1,5; timantti noin 2,42.

Sovelluksissa refraktiokerroin on keskeinen luvut optisten linssien, kuitujen, päällysteiden ja heijastusten suunnittelussa. Sitä mitataan refraktometrialla, prisma- kokeilla tai spektroskopialla sekä ellipsometrian keinoin. Temperatuurin muutos sekä aineen koostumus muokkaa n:ää, dn/dT ja dispersio-ominaisuudet ovat tärkeitä suunnittelussa.