Refraktiokertoimen

Refraktiokertoimen eli refraktioindeksin arvo kuvaa valon nopeuden muutosta valon läpäistäessä aineen. Se määritellään n = c/v, jossa c on valon nopeus tyhjiössä ja v on valon nopeus aineessa. Näin ollen n on suure, joka kuvaa, kuinka paljon valon nopeus hidastuu tai, harvoin, nopeutuu aineessa. Rajapinnalla tapahtuvaa valon suunnanmuutosta kuvataan Snellin lailla: n1 sin θ1 = n2 sin θ2.

Dispersion tarkoittaa, että refraktiokertoimen arvo riippuu valon aallonpituudesta. Eri väreillä on siten erilaiset indeksit, mikä johtaa valon spektrin hajaantumiseen. Tämä ilmiö voidaan mallintaa yleisillä yhtälöillä, kuten Sellmeierin tai Cauchyn kaavoilla, jotka antavat n(λ) kullekin aineelle.

Mittaus ja ilmiöt: Refraktiokertoimen mittauksia käytetään refraktometrina ja prisma- tai kulmamittauksena. Kun valo siirtyy korkeammasta n:stä matalampaan, voidaan saavuttaa totalinen sisäinen heijastus, ja kriittinen kulma θc = arcsin(n2/n1). Refraktiokertoimen arvoja on tavallisesti lähellä 1,00 ilmalle, hieman yli 1 vedelle ja huomattavasti suurempia lasille ja kiteille (esim. lasi noin 1,5, timantti noin 2,4).

Monikiteiset materiaalit: isotrooppiset aineet ovat yksinkertaisia, mutta kiteiset aineet voivat olla anisotropisia ja osoittaa birefringenssiä; niillä on useita indeksejä (n_o, n_e) riippuen valon polarisaatiosta.

Sovellukset: Refraktiokertoimen tunteminen on keskeistä linssien suunnittelussa, lasien valmistuksessa, kuituoptikassa, valaistuksessa ja monissa mittaus- ja tutkimusmenetelmissä.