Współczynnik załamania

Współczynnik załamania

Współczynnik załamania (n) odnosi się do zmiany prędkości fali w danym ośrodku w porównaniu do prędkości fali w ośrodku odniesienia. Oblicza się go jako stosunek prędkości fali w ośrodku odniesienia (v₁) do prędkości fali w danym ośrodku (v₂):

$n\; =\; \backslash frac\{v\_1\}\{v\_2\}$

Współczynnik ten jest kluczowy w zjawisku załamania fali, co jest opisane prawem Snelliusa:

$n\; =\; \backslash frac\{\backslash sin\backslash alpha\}\{\backslash sin\backslash beta\}$

gdzie α to kąt padania, a β to kąt załamania.

Współczynnik załamania światła

Bezwzględny współczynnik załamania światła definiuje się w odniesieniu do próżni:

$n\; =\backslash frac\{c\}\{v\}$

gdzie c to prędkość światła w próżni, a v to prędkość światła w danym ośrodku. W praktyce współczynnik załamania często oblicza się względem powietrza.

Względny współczynnik załamania

Względny współczynnik załamania ośrodka 2 względem ośrodka 1 opisuje wzór:

$n\_\{21\}\; =\backslash frac\{v\_1\}\{v\_2\}$

Można go również wyznaczyć z bezwzględnych współczynników załamania obu ośrodków:

$n\_\{21\}\; =\; \backslash frac\{n\_2\}\{n\_1\}$

Dyspersja i absorpcja

W rzeczywistych ośrodkach występuje dyspersja, co prowadzi do zmiany współczynnika załamania w zależności od długości fali. Wprowadza się zespolony współczynnik załamania, uwzględniający zarówno prędkość fazową, jak i absorpcję:

$\backslash tilde\{n\}\; =\; n+i\backslash kappa$

Anizotropia

Anizotropowość ośrodków powoduje, że współczynnik załamania może różnić się w zależności od kierunku i polaryzacji fali, co prowadzi do zjawiska dwójłomności.

Nieliniowość

W silnych polach elektrycznych współczynnik załamania może zmieniać się w czasie przejścia światła przez ośrodek. Efekty te są opisane przez optykę nieliniową, jak efekt Kerra i Pockelsa.

Niejednorodność

Niejednorodność współczynnika załamania w ośrodku prowadzi do zakrzywienia lub skupienia światła, co znajduje zastosowanie w soczewkach i światłowodach gradientowych.

Zastosowania

Współczynnik załamania jest kluczowym parametrem w optyce, wpływając na moc soczewek i dyspersję pryzmatów. Jest także używany do identyfikacji substancji oraz pomiaru ich stężenia, co realizowane jest przy pomocy refraktometrów.

Przykłady współczynników załamania

Współczynniki załamania światła dla różnych materiałów przy długości fali 580 nm są istotne w kontekście zastosowań optycznych.