refraktionsindexet

Refraktionsindexet, ofta betecknat n, beskriver hur mycket ljuset saktar in när det går från vakuum till ett visst medium. Det definieras som förhållandet mellan ljusets hastighet i vakuum, c, och i mediet, v: n = c/v. Eftersom ljusets hastighet varierar med våglängden varierar även n med λ; detta kallas dispersion och gör att färger böjs olika vid gränser mellan medier.

När ljus passerar en gräns följer Snells lag: n1 sin θ1 = n2 sin θ2. Om ljuset går från ett tätare till ett mindre tät medium kan det uppstå total intern reflektion vid en kritisk vinkel θc = arcsin(n2/n1). Refraktionsindexet är därför centralt för hur ljus leds genom vårt optiska system.

Värden i synligt ljus varierar mycket mellan material. Luft ≈1,0003, vatten ≈1,333, glas oftast mellan ca 1,5 och 1,9, diamant ≈2,42. Genom att mäta n(λ) över olika våglängder får man färgad dispersion; modeller som Cauchy- eller Sellmeier-ekvationerna används för att beskriva hur n förändras med λ. Vissa material är anisotropa och har två primära index: n_o och n_e.

Mätning av refraktionsindex görs med refraktometer. Abbe-numret (V) beskriver en materials färgdispersion; högre V-värde innebär lindrigare färgad spridning. Refraktionsindexet har kopplingar till densitet och polariserbarhet via Lorentz–Lorenz-ekvationen: (n^2 − 1)/(n^2 + 2) ∝ρ α. Temperaturen och trycket påverkar n något: ökad densitet höjer n, högre temperatur tenderar att sänka den. I vissa medier är n komplext, ñ = n − iκ, där κ anger absorption. Refraktionsindexet används i optikens grunder, glasögon, linser, fibre och i studier av atmosfärens ljusbrytning.