Refraktionsindex

Der Refraktionsindex, oft mit n bezeichnet, ist das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im Medium. Er ist dimensionslos und bestimmt, wie stark Licht beim Eintritt in das Medium gebrochen wird. Wird Licht aus Luft in Wasser überführt, ändert sich die Richtung gemäß Snells Gesetz: n1 sin θ1 = n2 sin θ2.

Der Refraktionsindex bezieht sich auf die Phasen-Geschwindigkeit des Lichtes. Die Gruppengeschwindigkeit für Pulse oder Signale kann davon abweichen. Die Gruppe ng ist gegeben durch ng = n − λ dn/dλ. In vielen Anwendungen dient n als Maß für die optische Dichte des Mediums.

N hängt von der Wellenlänge ab (Dispersion). Blaues Licht wird stärker gebrochen als rotes. Die Dispersion kann durch Modelle wie die Sellmeier-Gleichung beschrieben werden: n^2(λ) = 1 + Σ_i (A_i λ^2)/(λ^2 − B_i^2), wobei die Koeffizienten je nach Material variieren.

Messung und typische Werte: Refraktometer oder Prismen liefern n für eine gegebene Wellenlänge. Typische Werte sind nahe 1,0003 für Luft, etwa 1,333 für Wasser, ca. 1,5 bis 1,9 für Glas und rund 2,42 für Diamant. Die genaue Zahl hängt von der Wellenlänge ab.

Anisotrope Materialien wie viele Kristalle zeigen unterschiedliche Indizes je nach Polarisationsrichtung und Ausbreitungsrichtung. Man unterscheidet gewöhnlichen Index n_o und außerordentlichen Index n_e, besonders bei uniaxialen Kristallen.

Anwendungen finden sich in Optik und Photonik: Linsen, Brillengläser, Glasherstellung, Faseroptik, Beschichtungen und atmosphärische Optik, wo der Refraktionsindex die Lichtführung und die Sichtbarkeit beeinflusst.