折射率

概況

光在空氣中的速度與光在該材料中的速度之比率。材料的折射率越高，使入射光發(fā)生折射的能力越強。

折射率越高，鏡片越薄，即鏡片中心厚度相同，相同度數同種材料，折射率高的比折射率低的鏡片邊緣更薄。

折射率與介質的電磁性質密切相關。

公式

折射率與波長的關系

同一單色光在不同介質中傳播，頻率不變而波長不同。以λ表示光在真空中的波長，n表示介質的折射率，則光在介質中的波長λ'為

λ'=λ/n

n=sinγ/sinβ

設光在某種媒質中的速度為v，由于真空中的光速為c，所以這種媒質的絕對折射率公式：

n=c/v

在可見光范圍內，由于光在真空中傳播的速度最大，故其它介質的折射率都大于1。

光在等離子體中相速度可以遠大于c，所以等離子體折射率小于1。

同一媒質對不同頻率的光，具有不同的折射率；在對可見光為透明的媒質內，折射率常隨波長的減小而增大，即紅光的折射率最小，紫光的折射率最大。

通常所說某物體的折射率數值多少（例如水為1.33，水晶為1.55，金剛石為2.42，玻璃按成分不同而為1.5～1.9），是指對鈉黃光（波長5893×10-10m）而言。

相對折射

光從介質1射入介質2發(fā)生折射時，入射角與折射角的正弦之比叫做介質2相對介質1的折射率，即“相對折射率”。因此，“絕對折射率”可以看作介質相對真空的折射率。它是表示在兩種（各向同性）介質中光速比值的物理量。

**相對折射率公式：n=sinθ/sinθ‘=n’/n=v/v‘光學介質的一個基本參量。即光在真空中的速度c與在介質中的相速v之比。

真空的折射率等于1，兩種介質的折射率之比稱為相對折射率。例如，第一介質的折射率為，第二介質的折射率為，則稱為第二介質對第一介質的相對折射率。某介質的折射率也是該介質對真空的相對折射率。于是折射定律可寫成如下形式:

影響因素

兩種介質進行比較時，折射率較大的稱光密介質，折射率較小的稱光疏介質。折射率與介質的電磁性質密切相關。根據經典電動力學，和分別為介質的相對電容率和相對磁導率。折射率還與波長有關，稱色散現象。手冊中提供的折射率數據是對某一特定波長而言的（通常是對鈉黃光，波長為5893?）。氣體折射率還與溫度和壓強有關?？諝庹凵渎蕦Ω鞣N頻率的光都非常接近于1，例如空氣在20℃，760mmHg時的折射率為1.00027。在工程光學中常把空氣折射率當作1，而其他介質的折射率就是對空氣的相對折射率。

影響介質折射率的因素主要有以下幾個方面。

離子半徑

根據麥克斯韋電磁場理論，光在介質中的傳播速度應為，由此可得：。其中c為真空中的光速，μ為介質的磁導率，ε 為介質的介電常數，為真空中磁導率，為真空中介電常數，為介質的相對磁導率，為介質的相對介電常數。在無機材料這樣的電介質中，故有。說明介質的折射率隨其介電常數的增大而增大。而介電常數則與介質極化有關。由于光（電磁輻射）和原子內部電子體系的相互作用，光速被減慢了。

當離子半徑增大時，其介電常數也增大，因而n也隨之增大。因此，可以用大離子得到高折射率的材料。如硫化鉛的n=3.912，用小離子得到低折射率的材料，如四氯化硅的n=1.412。

介質材料

折射率還和離子的排列密切相關，各向同性的光學材料，如非晶態(tài)（無定型體）和立方晶體時，只有一個折射率 。而光進入非均質介質時，一般都要分為振動方向相互垂直、傳播速度不等的兩個波，它們分別有兩條折射光線，構成所謂的雙折射。這兩條折射光線，平行于入射面的光線的折射率，稱為常光折射率 ，不論入射光的入射角如何變化，它始終為一常數，服從折射定律。另一條垂直于入射面的光線所構成的折射率，隨入射光的方向而變化，稱為非常光折射率 ，它不遵守折射定律。當光沿晶體光軸方向入射時，只有 存在，與光軸方向垂直入射時， 達最大值，此值為材料的特性。

綜上所述，沿著晶體密堆積程度較大的方向 較大。

內應力

有內應力的透明材料，垂直于受拉主應力方向的n較大，平行于受拉主應力方向的n 較?。ㄕ堊x者仔細地想一想，為什么？）。

總體來說，材料中粒子越致密，折射率越大。

同質異構體

在同質異構材料中，高溫時的晶型折射率較低，低溫時存在的晶型折射率較高。例如，常溫下，石英玻璃的n=1.46 ，石英晶體的n=1.55 ；高溫時的鱗石英的n=1.47 ；方石英的n=1.49 ，至于說普通鈉鈣硅酸鹽玻璃的n=1.51 ，它比石英的折射率小。提高玻璃折射率的有效措施是摻入鉛和鋇的氧化物。例如，含90%(體積)氧化鉛的鉛玻璃n=2.1 。

實驗測定

介質的折射率通常由實驗測定，有多種測量方法。對固體介質，常用最小偏向角法或自準直法，或通過邁克爾遜干涉儀利用等厚干涉的原理測出；液體介質常用臨界角法（阿貝折射儀）；氣體介質則用精密度更高的干涉法（瑞利干涉儀）。

測量方法如下：

偏向角法

對于一個頂角為θ、折射率為n待測的棱鏡，將它放在空氣中( = =1)。當棱鏡第一表面的入射角 等于在第二表面的折射角折射率測量時，偏向角達到最小值 ，則用測角儀測定 和θ，便可算出n。(見圖1)

用精度不低于1角秒的大型精密測角儀，采用最小偏向角法測定固體光學材料的折射率，可獲得±5×10-6的測量精度，是各種測量方法中精度較高的一種。

自準直法

在測角儀上也可采用自準直法測量材料的折射率。如圖2所示，光線在棱鏡前表面的入射角為i,如果折射光線OC剛好垂直于棱鏡后表面BD,則反射后的光路COS與入射光路SOC重合，稱為自準直光路。由圖2所示幾何關系知道，此時光線在前表面的折射角f與棱鏡頂角θ 相等，因此根據折射定律

n=sini/sinθ，

測出i和θ，即可求得n。

在測角儀上通過觀察和調整來建立最小偏向角光路或者自準直光路，不僅麻煩，且有主觀誤差，多年來，中國在數字式測角儀的基礎上研制了全自動折射儀，在這種儀器上用最小偏向角法或自準直法測折射率時能自動尋的，測量結果也能自動處理。測定波長范圍可擴展到紫外和紅外(0.2～15μm)。

臨界角法

具有代表性的儀器是阿貝折射儀。 圖3表示折射率n待測的液體試樣涂布在該儀器兩塊棱鏡的接觸面間（測固體試樣時不需要進光棱鏡）。 標準棱鏡本身的折射率已知為 ，在 >n的條件下，光線折射進入標準棱鏡。光線入射角不會超過90°，由折射定律知道折射角不會超過 90°。

因此在儀器視場中看到與 折射率測量對應的明暗分界線,根據明暗分界線位置的變化便可確定 n值。假如光線逆行，則 折射率測量正好是發(fā)生全反射的臨界角，因此稱為臨界角法。

阿貝折射儀的光學系統(tǒng)見圖4。在度盤上根據有關公式標出一系列n值，當分劃板的叉絲中心對準明暗分界線時，可直接由度盤讀出被測試樣的n值，使用很方便。阿米奇棱鏡用來消除分界線上的色散現象，因此，雖然采用白光而不用單色光源，仍能得到無色而清晰的明暗分界線。阿貝折射儀的折射率測量范圍為1.3～1.7，精度Δn=±3×10-4。

列表

(原作者參數并未編輯，所有參數均參考RGB或HSB格式，R,G,BorH,S,B;

例如：鋁箔折射-180,0,0該參數為HSB格式，后來者如若有時間繼續(xù)排版下格式，感激不盡)

材質顏色 折射率列表 金屬顏色/RGB 漫射 鏡面 反射 凹凸%

鋁箔 180，180，180/ 32 / 90 / 65 / 8

鋁箔（純） 180，180，180/ 50 /45 / 35 / 15

鋁 220，223，227/ 35 / 25 / 40 / 15

磨亮的鋁 220，223，227/ 35 /65 / 50 / 12

黃銅 191，173，111/ 40 / 40 / 40 / 20

磨亮的黃銅 194，173，111/ 40 / 65 / 50 / 10

鍍鉻合金150，150，150/ 40 / 40 / 25 / 35

鍍鉻合金2 220，230，240/ 25 / 30 / 50 / 20

鍍鉻鋁 220，230，240/ 15 / 60 / 70 / 10

鍍鉻塑膠 220，230，240/ 15 / 60 / 85 / 10

鍍鉻鋼 220，230，240/ 15 / 60 / 40 / 5

純鉻 220，230，240/ 15 / 60 / 65 / 5

銅 186，110，64/ 45 / 40 / 65 / 10

18K金 234，199，135/ 45 / 40 / 45 / 10

24K金 218，178，115/ 35 / 40 / 65 / 10

未精煉的金255，180，66/ 35 / 40 / 15 / 25

黃金 242，192，86/ 45 / 40 / 25 / 10

石墨 87，33，77/ 42 / 90 / 15 / 10

鐵 118，119，120/ 35/ 50 / 25 / 20

鉛錫銻合金 250，250，250/ 30 / 40 / 15 / 10

銀 233，233，216/ 15 / 90 / 45 / 15

鈉 250，250，250/ 50 / 90 / 25 / 10

廢白鐵罐 229，223，206/ 30 / 40 / 45/ 30

不銹鋼 128，128，126/ 40 / 50 / 35 / 20

磨亮的不銹鋼220，220，220/ 35 / 50 / 25 / 35

錫 220，223，227/ 50 / 90 / 35 / 20

材質 顏色/RGB 漫射 鏡面 反射 凹凸%

凈化瓶 27,108,131 /90 /60 /5 / 20

泡沫橡膠 54,53,53 /95 /30 /3 / 90

合成材料 20,20,20 /80 /30 /5 / 20

合成材料(粗糙)25,25,25 /60 /40 /5 / 20

合成材料(光滑)38,38,38 /60 /30 /10 / 10

合成材料(純) 25,25,25 /92 /40 /15 / 30

橡膠 20,20,20 /80 /30 /5 / 10

塑料(60&透明) 63,108,86 /90 /90 /35 / 10

塑料(高光澤) 20,20,20 /70 /90 /15 / 5

塑料(硬而亮) 20,20,20 /80 /80 /10 / 15

塑料(糖衣) 200,10,10 /80 /30 /5 / 10

塑料(巧克力色)67,40,18 /90 /30 /5 / 15

橡膠 30,30,30 /30 /20 /0 / 50

橡膠紐扣 150,150,150/60 /20 /0 / 30

乙烯樹脂 45,45,45 /60 /40 /15 / 30

光源 K

燭焰 1500

家用白織燈 2500-3000

60瓦充氣鎢絲燈 2800

100瓦鎢絲燈 2950

1000瓦鎢絲燈 3000

500瓦透影燈 2865

500瓦鎢絲燈 3175

琥伯閃光信號燈 3200

R32反射鏡泛光燈 3200

鋯制的濃狐光燈 3200

1,2,4號泛光燈 3400

反射鏡泛光燈 3400

暖色白熒光燈 3500

冷色白熒光燈 4500

白晝的泛光燈 4800

白焰碳弧燈 5000

M2B閃光信號燈 5100

正午的日光 5400

夏季的直射日光 5800

10點至15點的直射日光 6000

白晝的熒光燈 6500

正午晴空的日光 6500

陰天的光線 6800～7000

來自灰蒙天空的光線 7500～8400

來自晴朗藍天的光線 10000～20000

在水域上空的晴朗藍天 20000～27000

材質 折射率

真空 1.0000

空氣 1.0003

液態(tài)二氧化碳1.2000

冰 1.3090

水 1.3333

丙酮 1.3600

乙醇1.3600

糖溶液（30%） 1.3800

酒精1.3900

螢石1.4340

融化的石英1.4600

Calspar 2 1.4860

糖溶液（80%） 1.4900

玻璃 1.5000

玻璃，鋅冠 1.5170

玻璃，冠 1.5200

氯化鈉 1.5300

三棱鏡 1.6435

聚苯乙烯1.5500

石英2 1.5530

綠寶石1.5700

輕火石玻璃1.5750

青金石，雜青金石 1.6100

黃玉1.6100

二硫化碳 1.6300

石英1 1.6440

氯化鈉（食鹽）2 1.6440

重火石玻璃 1.6500

Calspar2 1.6600

二碘甲烷1.7400

紅寶石1.7700

藍寶石 1.7700

超重火石玻璃 1.8900

水晶 1.544～1.553

氯氧化鉍 2.15

鉆石2.4170

氧化鉻 2.7050

非晶質硒 2.2920

碘晶體3.3400

巧克力 15. 5. 0 88. 29. 0 255.223.220 70 40

紅塑料 48. 0. 0 255. 0. 0 255.255.255 100 68

負折射率

負折射率（介電常數和磁導率同時為負）的問題是近年來國際上非?；钴S的一個研究領域。當電磁波在負折射率材料中傳播時，電場E、磁場B和波矢k三者構成左手螺旋關系，因而負折射率材料又稱為左手性材料(left-handed materials)。Veselago 1968 年首次在理論設想了左手型材料。Pendry在1996年與1999年分別指出可以用細金屬導線及有縫諧振環(huán)陣列構造介電常數ε和磁導率μ同時為負的人工媒質。2001年，Smith等人沿用Pendry的方法，構造出了介電常數與磁導率同時為負的人工媒質，并首次通過實驗觀察到了微波波段的電磁波通過這種人工媒質與空氣的交界面時發(fā)生的負折射現象。盡管初期人們對Smith等人的實驗有許多爭論，但2003年以來更為仔細的實驗均證實了負折射現象。

產生負折射率現象有兩類材料。一類材料是由于局域共振機制導致介電常數和磁導率同時為負，既材料具有有效的負折射率。這類材料又被稱為特異材料（meta materials）。Smith等人的有縫諧振環(huán)陣列就屬于特異材料。但是有縫諧振環(huán)陣列結構具有較大的損耗和較窄的負折射帶寬，在應用中會受到許多限制。另一類材料是