RefraktionsindexKontrast

Der Refraktionsindexkontrast bezeichnet die Differenz der Brechungsindizes zweier benachbarter Medien. In isotropen Materialien wird der Kontrast häufig als Δn = |n1 − n2| angegeben, wobei n1 und n2 die jeweiligen Brechungsindizes sind. Der Wert hängt von der Wellenlänge ab und kann temperaturabhängig sein. Bei anisotropen Medien kann der Kontrast auch richtungsabhängig oder tensoriel sein.

Der Kontrast beeinflusst maßgeblich, wie Licht an einer Grenzfläche reflektiert oder gebrochen wird. Nach den Fresnel-Gleichungen steigt der Reflexionsanteil mit größerem Δn, während die Transmission entsprechend sinkt. Bei Fällen, in denen Licht in einem Medium bleibt, ermöglicht ein signifikanter indexkontrast Totalreflexion, die Lichtführung in optischen Wellenleitern sicherzustellen. In der Praxis wird in der Silizium-Photonik oft ein hoher Kontrast zwischen Kern- und Deckschicht genutzt (z. B. nSi ≈ 3,48 vs. nSiO2 ≈ 1,44).

Anwendungen liegen in der Glasfasertechnik, der integrierten Photonik, der Mikro- und Oberflächenoptik sowie der Mikroskopie. Ein erhöhter Kontrast ermöglicht starke Lichtführung oder Bildkontraste, während ein geringerer Kontrast Reflexionen minimieren kann. In der Mikroskopie spielen Indexpunkt-Kontrastmechanismen und Phasenkontrast eine Rolle, da Unterschiede im Brechungsindex das Bild sichtbar machen. Ebenso wird der Kontrast durch Beschichtungen oder Schichtabfolgen gezielt gesteuert, um Reflexionen zu verringern oder Enhancing zu erzeugen.

Messbar ist der Brechungsindex durch Refraktometrie, Ellipsometrie oder Prismenkopplung. Designer nutzen Δn gezielt, indem Materialien, Dotierung, Dicke von Schichten oder Graded-Index-Profile angepasst werden, um gewünschte optische Eigenschaften zu erzielen. Beispiele: Luft zu Glas Δn ≈ 0,50; typischer Core–Cladding-Kontrast in Glasfasern Δn ≈ 0,01–0,05.