Refraktiokertoimien

Refraktiokertoimet ovat optiikassa käytettyjä suureita, jotka kuvaavat valon nopeuden ja suunnan muutosta, kun valo siirtyy yhdestä aineesta toiseen. Refraktiokertoimen n määritelmä on valon Nopeuden suhde vakuumissa c ja aineen sisäisessä nopeudessa v: n = c / v. Kertoimen arvo on dimensionless ja n on aina suurempi tai yksi, riippuen aineista. Vacuumin kertoimen arvo on tarkalleen 1,0; ilman kertoimen arvioitu arvo on lähellä tätä, noin 1,0003.

Refraktiokertoimet riippuvat aallonpituudesta (dispersion) ja aineesta. Esimerkkejä: ilman noin 1,0003, vedessä noin 1,333, lasissa noin 1,5 ja timantissa noin 2,42. Suurempi refraktiokertoimen arvo tarkoittaa suurempaa valon nopeuden hidastumista ja suurempaa suunnanmuutosta rajapinnassa. Valon kulun muuttuminen rajapinnassa kuvaillaan usein Snellin lailla, n1 sin θ1 = n2 sin θ2, jossa θ ovat saapuvan ja refraktioidun säteen kulmat.

Fysiikassa tarkastellaan sekä isotrooppisia että anisooppisia aineita. Monissa materiaaleissa refraktiokertoimet riippuvat myös valon aallonpituudesta, mikä aiheuttaa dispersionia ja värien erottumista. Joissakin kiinteissä aineissa esiintyy erillisiä indeksiarvoja esimerkiksi optiselle kristalleille: ominaista n_o ja poikkeavaa n_e, mikä johtaa birefringenssiin.

Käytännössä refraktiokertoimia mitataan ja mallinnetaan monin tavoin. Yleisiä lähestymistapoja ovat refraktometria ja spektroskopinen mittaus, sekä matemaattiset mallit kuten Sellmeierin yhtälö, jolla n(λ) voidaan arvioida useille aallonpituuksille. Refraktiokertoimet ovat keskeisiä esimerkiksi linssisuunnittelussa, kuituoptiikassa ja optisten laitteiden valmistuksessa.