refraktiokertoimia

Refraktiokertoimia on termi, jota käytetään optiikassa kuvaamaan kertoimia, jotka mittaavat valon taittumista ja nopeuden muutosta, kun säde siirtyy yhdestä materiaalista toiseen. Ne ovat keskeisiä, kun tarkastellaan, miten valonsäteet muuttavat suuntaansa rajapinnoilla ja miten media vaikuttavat valon etenemiseen.

Pääkäsitteitä ovat refraktiokertoin n sekä niiden riippuvuus aallonpituudesta. Refraktiokerroin n määrittää valon nopeuden suhteessa tyhjöön (v = c/n) ja johtaa Snellin lakiin: n1 sin θ1 = n2 sin θ2. Refraktiokertoimet voivat olla myös komplekseja, ñ = n − i k, jolloin k kuvaa aineen absorptiota. Dispersion tarkoittaa, että n riippuu käytetystä aallonpituudesta, mikä aiheuttaa värisävyjä ja chromatic aberrationia linnunlasin sekä linssien suunnittelussa.

Rajapinnalla valon kulku voidaan kuvata Fresnelin kertoimilla, jotka antavat sähkö- ja magneettikenttien heijastus- ja siirtokerroimia (r_s, r_p, t_s, t_p). Näiden tulosta lasketaan sekä kenttien että intensiteettien kertoimina R = |r|^2 ja T, jotka riippuvat incidenssistä, refraktiokertoimista ja mahdollisesta absorptiosta. Yksinkertaisessa tapauksessa, normaalissa incidenssissä, kertoimet voidaan esittää suhteissa ilman täyden monikerroksisen rajapinnan komplikaatioita.

Mittaukset ja sovellukset ovat laajat: refraktiokertoimia mitataan refraktometrialla, ellipsometrialla ja spektroskooppisilla menetelmillä, jolloin saadaan sekä n että k arvoineen. Käytännössä ne ohjaavat linssien, optisten pinnoitteiden, kuituoptiikan ja materiaalitutkimuksen suunnittelua sekä jakautuman ja värin hallintaa. Refraktiokertoimet ovat siten perusta optisen materiaalien ja laitteiden suorituskyvyn ymmärtämiselle ja optimoinnille.