折射率




某种介质的折射率n 等于「光在真空中的速度(c)」跟「光在介质中的相速度(v)」之比,即:


n=cv{displaystyle n={frac {c}{v}}}n={frac  {c}{v}}

比如水的折射率是1.33,表示光在真空中的传播速度是在水中传播速度的1.33倍。


历史上,折射率最早出现在折射定律(斯涅爾定律)中,n1sin⁡θ1=n2sin⁡θ2{displaystyle n_{1}sin theta _{1}=n_{2}sin theta _{2}}n_{1}sin theta _{1}=n_{2}sin theta _{2}。其中,θ1{displaystyle theta _{1}}theta_1θ2{displaystyle theta _{2}}theta_2分别是光在介质界面上的入射角和折射角,两种介质的折射率分别是n1{displaystyle n_{1}}n_{1}n2{displaystyle n_{2}}n_{2}




目录






  • 1 水波的相對折射率


  • 2 雙折射率


  • 3 介質的折射率


  • 4 折射率是波长的函数


    • 4.1 柯西公式


    • 4.2 康拉迪公式


    • 4.3 Herzberger公式


    • 4.4 肖特玻璃厂公式


    • 4.5 Sellmeier公式




  • 5 不透明物体的折射率


  • 6 複數折射率


  • 7 参见


  • 8 参考资料


  • 9 外部連結





水波的相對折射率


水波的相對折射率為水波由A水區進入不同深度的B水區時,水波入射角i和折射角r的正弦的比值,稱為「A水區進入B水區的相對折射率nAB{displaystyle n_{AB}}n_{{AB}}」或「B水區對A水區的相對折射率nBA{displaystyle n_{BA}}{displaystyle n_{BA}}」。


nAB=sin⁡isin⁡r{displaystyle n_{AB}={frac {sin i}{sin r}}}n_{{AB}}={frac  {sin i}{sin r}}sin⁡isin⁡r=n{displaystyle {frac {sin i}{sin r}}=n}{frac {sin i}{sin r}}=n



雙折射率


雙折射材料的折射率,取決於光的偏振和傳播方向。



介質的折射率















































































































































































































































































































































一些物質的折射率(可見光中)
物質 波长λ/nm 折射率n
參考
真空 1 (基準)

空气(標準大氣壓0°C)
1.000277
氣體(標準大氣壓0°C)
空气 589.29 1.000293 [1]
氦气 589.29 1.000036 [1]
氢气 589.29 1.000132 [1]
二氧化碳 589.29 1.00045
[2]

[3][4]


液體(20°C)
589.29 1.501 [1]
二硫化碳 589.29 1.628 [1]
四氯化碳 589.29 1.461 [1]
酒精(乙醇) 589.29 1.361 [1]
硅油 1.52045 [5]
589.29 1.3330 [1]

三硫化二砷和二碘甲烷中的硫
1.9 [6]
固體(室溫)

二氧化钛(金红石)
589.29 2.496 [7]

金刚石(鑽石)
589.29 2.417 [1]
鈦酸鍶 589.29 2.41
琥珀 589.29 1.55 [1]
石英 589.29 1.458 [1]
氯化鈉 589.29 1.50 [1]
其他物質
1.31
人眼角膜
1.3375
人眼晶體 1.386 - 1.406
丙酮 1.36
乙醇 1.36
甘油 1.4729
1.661
特氟隆 1.35 - 1.38
特氟隆AF 1.315 [8]
Cytop 1.34 [9]
Sylgard 184 1.43
亞克力玻璃 1.490 - 1.492
聚碳酸酯 1.584 - 1.586
聚甲基丙烯酸甲酯 1.4893 - 1.4899
PETg 1.57
聚酯 1.5750
冕牌玻璃(纯净) 1.50 - 1.54
燧石玻璃(纯净) 1.60 - 1.62
冕牌玻璃(掺杂) 1.485 - 1.755
燧石玻璃(掺杂) 1.523 - 1.925
高硼矽 1.470 [10]
冰晶石 1.338
岩鹽 1.516
藍寶石 1.762–1.778
氧化鋯 2.15 - 2.18
鈮酸鉀 2.28
鑽石 2.417
碳矽石 2.65 - 2.69

硃砂(硫化汞)
3.02
磷化镓 3.5
砷化镓 3.927
氧化鋅 390 2.4
590 3.96 [11]
4.00


折射率是波长的函数


在相同介質中,不同的波长的光,因為行進速度不同,造成在折射過程中偏折角度不同,其折射率nλ)也不同,这叫做光色散。折射率与波长或者频率的关系称为光的色散关系。常用的折射率有:




  • nd是介质在夫朗和斐谱线d(氦黄线587.56纳米)的折射率。


  • nF是介质在夫朗和斐谱线F(氢蓝线486.1纳米)的折射率。


  • nC是介质在夫朗和斐谱线C(氢红线656.3纳米)的折射率。


  • ne是介质在夫朗和斐谱线e(汞绿线546.07纳米)的折射率。



柯西公式


n=A+Bλ2+Cλ4{displaystyle n=A+{frac {B}{lambda ^{2}}}+{frac {C}{lambda ^{4}}}}n=A+{frac  {B}{lambda ^{2}}}+{frac  {C}{lambda ^{4}}}[12]



康拉迪公式


n=A+Bλ+Cλ3.5{displaystyle n=A+{frac {B}{lambda }}+{frac {C}{lambda ^{3.5}}}}n=A+{frac  {B}{lambda }}+{frac  {C}{lambda ^{{3.5}}}}[13]



Herzberger公式


n=A+B∗λ2+Cλ2−δ2+C(λ2−δ2)2{displaystyle n=A+B*lambda ^{2}+{frac {C}{lambda ^{2}-delta ^{2}}}+{frac {C}{(lambda ^{2}-delta ^{2})^{2}}}}n=A+B*lambda ^{2}+{frac  {C}{lambda ^{2}-delta ^{2}}}+{frac  {C}{(lambda ^{2}-delta ^{2})^{2}}}[14]



肖特玻璃厂公式


n=A+Bλ+Cλ2+Dλ4+Eλ6+Fλ8{displaystyle n=A+{frac {B}{lambda }}+{frac {C}{lambda ^{2}}}+{frac {D}{lambda ^{4}}}+{frac {E}{lambda ^{6}}}+{frac {F}{lambda ^{8}}}}n=A+{frac  {B}{lambda }}+{frac  {C}{lambda ^{2}}}+{frac  {D}{lambda ^{4}}}+{frac  {E}{lambda ^{6}}}+{frac  {F}{lambda ^{8}}}[15]



Sellmeier公式


N2−1=A∗λ2−D+B∗λ2−E+C∗λ2−F{displaystyle N^{2}-1={frac {A*lambda ^{2}}{lambda ^{2}-D}}+{frac {B*lambda ^{2}}{lambda ^{2}-E}}+{frac {C*lambda ^{2}}{lambda ^{2}-F}}}N^{2}-1={frac  {A*lambda ^{2}}{lambda ^{2}-D}}+{frac  {B*lambda ^{2}}{lambda ^{2}-E}}+{frac  {C*lambda ^{2}}{lambda ^{2}-F}}[16]



不透明物体的折射率


另外不透明的物体的折射率也是可以测量的,在图形学中,可以使用不同的折射率来渲染金属或者塑料这样的不同的反射效果。



複數折射率


n~=n+iκ{displaystyle {tilde {n}}=n+ikappa }{displaystyle {tilde {n}}=n+ikappa }
複折射率的实部即通常的折射率,而虚部称为消光系数(extinction coefficient),表示材料對傳播通過電磁波的衰減量。



参见



  • 光的色散

  • 阿贝数



参考资料





  1. ^ 1.001.011.021.031.041.051.061.071.081.091.101.11 Optics, Fourth Edition. Pearson Higher Education. 18 March 2003. ISBN 9780321188786.  引文使用过时参数coauthors (帮助); Authors list列表中的|first1=缺少|last1= (帮助); 使用|coauthors=需要含有|author= (帮助)


  2. ^ Introduction to Geometrical and Physical Optics. McGraw-Hill Book Company, INC. 1953.  Authors list列表中的|first1=缺少|last1= (帮助)


  3. ^ Handbook of Chemistry and Physics. Chemical Rubber Publishing Co. 1957.  引文使用过时参数coauthors (帮助); Authors list列表中的|first1=缺少|last1= (帮助); 使用|coauthors=需要含有|author= (帮助)


  4. ^ Introduction to Optics, Third Edition. Pearson Prentice Hall. 2007: 221. ISBN 0-13-149933-5.  引文使用过时参数coauthors (帮助); Authors list列表中的|first1=缺少|last1= (帮助); 使用|coauthors=需要含有|author= (帮助)


  5. ^ Silicon and Oil Refractive Index Standards 互联网档案馆的存檔,存档日期2010-08-29.


  6. ^ Meyrowitz, R, A compilation and classification of immersion media of high index of refraction, American Mineralogist 40: 398 (1955)


  7. ^ RefractiveIndex.INFO - Refractive index and related constants


  8. ^ Teflon AF. [2010-10-14]. 


  9. ^ Cytop. [2010-10-14]. (原始内容存档于2010-08-24). 


  10. ^ University of Liverpool. Absolute Refractive Index. [2007-10-18]. (原始内容存档于2007-10-12). 


  11. ^ Optical Properties of Silicon. [2009-05-31]. (原始内容存档于2009-06-05). 


  12. ^ Rudolf Kingslake, Lens Design Fundamentals,p12, Academic Press 1978


  13. ^ A.E.Conrady Applied Optics and Optical Design, part II,p659, Dover


  14. ^ Rudolf Kingslake, Lens Design Fundamentals,p14, Academic Press 1978


  15. ^ Rudolf Kingslake, Lens Design Fundamentals,p14, Academic Press 1978


  16. ^ Milton Laikin Lens Design p9 2006 CRC Press 978-0849382789




外部連結



  • Filmetrics (美商菲乐)在线数据库免费折射率和消光系数资料数据库



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