In der Optik ist der Brechungsindex (oder Index der Brechung) n einer Substanz (optisches Medium) eine Zahl, die beschreibt, wie sich leicht, oder jede andere Radiation, durch dieses Medium fortpflanzt.

Sein elementarstes Ereignis (und historisch das erste) ist im Gesetz von Snell der Brechung,

nsinθ=

nsinθ,

wo θ und θ sind die Einfallswinkel eines Strahls, der die Schnittstelle zwischen zwei Medien mit Refraktionsindizes n und n durchquert.

Der Winkel von Brewster, der kritische Winkel für das innere Gesamtnachdenken und das Reflexionsvermögen einer Oberfläche hängen auch vom Brechungsindex, wie beschrieben, durch die Gleichungen von Fresnel ab.

Mehr im Wesentlichen wird n als der Faktor definiert, durch den die Wellenlänge und die Geschwindigkeit der Radiation in Bezug auf ihre Vakuumwerte reduziert werden:

Die Geschwindigkeit des Lichtes in einem Medium ist v = c/n,

wo c die Geschwindigkeit beim Vakuum ist.

Ähnlich für eine gegebene Vakuumwellenlänge λ die Wellenlänge

im Medium ist λ=λ/n. Das deutet an, dass Vakuum einen Brechungsindex 1 hat. Historisch sind andere Bezugsmedien (z.B Luft an einem standardisierten Druck und Temperatur) üblich gewesen.

Der Brechungsindex von Materialien ändert sich mit der Wellenlänge. Das wird Streuung genannt; es verursacht das Aufspalten des weißen Lichtes in Prismen und Regenbogen und chromatischer Aberration in Linsen.

In undurchsichtigen Medien ist der Brechungsindex eine komplexe Zahl: Während der echte Teil Brechung, die imaginären Teil-Rechnungen für Absorption beschreibt.

Das Konzept des Brechungsindexes wird innerhalb des vollen elektromagnetischen Spektrums von Röntgenstrahlen bis Funkwellen weit verwendet. Es kann auch mit Welle-Phänomenen außer dem Licht verwendet werden, z.B klingen. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit des Tons statt dieses des Lichtes und eines Bezugsmediums anders verwendet, als Vakuum gewählt werden muss.

Typische Werte

Weil sichtbare leichte durchsichtigste Medien Refraktionsindizes zwischen 1 und 2 haben. Einige Beispiele werden im Tisch nach rechts angeführt. Diese Werte werden an der gelben Dublette-NatriumsD-Linie mit einer Wellenlänge von 589 Nanometern gemessen, wie herkömmlich getan wird. Das Benzin am atmosphärischen Druck hat Refraktionsindizes in der Nähe von 1 wegen ihrer niedrigen Dichte. Der grösste Teil von Plastik hat Refraktionsindizes in der Reihe von 1.3 bis 1.7, aber einige Polymer des hohen Brechungsindexes können einen Wert nicht weniger als 1.76 haben.

Weil leichte Infrarotrefraktionsindizes beträchtlich höher sein können. Germanium ist in diesem Gebiet durchsichtig und hat einen Brechungsindex von ungefähr 4, es ein wichtiges Material für die Infrarotoptik machend.

Brechungsindex unten 1

Eine weit verbreitete falsche Auffassung besteht darin, dass seitdem, gemäß der Relativitätstheorie, nichts schneller reisen kann als die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum, kann der Brechungsindex nicht niedriger sein als 1. Das ist falsch, da der Brechungsindex die Phase-Geschwindigkeit des Lichtes misst, das Energie oder Information, die zwei in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit beschränkten Dinge nicht trägt. Die Phase-Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der die Kämme der Welle-Bewegung und schneller sein als die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum, und dadurch einen Brechungsindex unten 1 geben können. Das kann in der Nähe von Klangfülle-Frequenzen, in plasmas, und für Röntgenstrahlen vorkommen. Im Röntgenstrahl-Regime sind die Refraktionsindizes niedriger als, aber sehr in der Nähe von 1 (Ausnahmen in der Nähe von einigen Klangfülle-Frequenzen).

Als ein Beispiel hat Wasser einen Brechungsindex 1− an einer Foton-Energie (0.04 nm Wellenlänge).

Negativer Brechungsindex

Neue Forschung hat auch die Existenz des negativen Brechungsindexes demonstriert, der vorkommen kann, wenn permittivity und Durchdringbarkeit gleichzeitige negative Werte haben. Das kann mit regelmäßig gebautem metamaterials erreicht werden. Die resultierende negative Brechung (d. h., eine Umkehrung des Gesetzes von Snell) bietet die Möglichkeit der Superlinse und anderen exotischen Phänomene an.

Mikroskopische Erklärung

An der Mikroskala wird eine Phase-Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem Material verlangsamt, weil das elektrische Feld eine Störung in den Anklagen jedes Atoms (in erster Linie die Elektronen) proportional zur elektrischen Empfänglichkeit des Mediums schafft. (Ähnlich schafft das magnetische Feld eine zur magnetischen Empfänglichkeit proportionale Störung.) Da die elektromagnetischen Felder in der Welle schwingen, werden die Anklagen im Material hin und her an derselben Frequenz "geschüttelt". Die Anklagen strahlen so ihre eigene elektromagnetische Welle aus, die an derselben Frequenz ist, aber gewöhnlich mit einer Phase-Verzögerung, wie sich die Anklagen gegenphasig mit der Kraft bewegen können, sie steuernd (sieh sinusförmig gesteuerten harmonischen Oszillator). Die leichte Welle, die im Medium reist, ist die makroskopische Überlagerung (Summe) aller dieser Beiträge im Material: Die ursprüngliche Welle plus die Wellen hat durch alle bewegenden Anklagen ausgestrahlt. Diese Welle ist normalerweise eine Welle mit derselben Frequenz, aber kürzerer Wellenlänge als das Original, zu einem Verlangsamen der Phase-Geschwindigkeit der Welle führend. Der grösste Teil der Radiation von schwingenden materiellen Anklagen wird die eingehende Welle modifizieren, seine Geschwindigkeit ändernd. Jedoch wird eine Nettoenergie in anderen Richtungen oder sogar an anderen Frequenzen ausgestrahlt (sieh das Zerstreuen).

Abhängig von der Verhältnisphase der ursprünglichen Fahrwelle und der durch die Anklage-Bewegung ausgestrahlten Wellen gibt es mehrere Möglichkeiten:

• Wenn die Elektronen eine leichte Welle ausstrahlen, die 90 ° gegenphasig mit der leichten Welle ist, die sie schüttelt, wird sie die leichte Gesamtwelle veranlassen, langsamer zu reisen. Das ist die normale Brechung von durchsichtigen Materialien wie Glas oder Wasser, und entspricht einem Brechungsindex, der echt und größer ist als 1.
• Wenn die Elektronen eine leichte Welle ausstrahlen, die 270 ° gegenphasige mit der leichten Welle ist, die sie schüttelt, wird sie die leichte Gesamtwelle veranlassen, schneller zu reisen. Das wird "anomale Brechung" genannt, und wird in der Nähe von Absorptionslinien, mit Röntgenstrahlen, und in einigen Mikrowellensystemen beobachtet. Es entspricht einem Brechungsindex weniger als 1. (Wenn auch die Phase-Geschwindigkeit des Lichtes größer ist als die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum c, ist die Signalgeschwindigkeit nicht, wie besprochen, oben). Wenn die Antwort genug stark und gegenphasig ist, ist das Ergebnis negativer Brechungsindex, der unten besprochen ist.
• Wenn die Elektronen eine leichte Welle ausstrahlen, die 180 ° gegenphasig mit der leichten Welle ist, die sie schüttelt, wird sie das ursprüngliche Licht zerstörend stören, um die leichte Gesamtintensität zu reduzieren. Das ist leichte Absorption in undurchsichtigen Materialien und entspricht einem imaginären Brechungsindex.
• Wenn die Elektronen eine leichte Welle ausstrahlen, die in der Phase mit der leichten Welle ist, die sie schüttelt, wird es die leichte Welle verstärken. Das ist selten, aber kommt in Lasern wegen der stimulierten Emission vor. Es entspricht einem imaginären Index der Brechung mit dem entgegengesetzten Zeichen als Absorption.

Für die meisten Materialien an sichtbar-leichten Frequenzen ist die Phase irgendwo zwischen 90 ° und 180 °, entsprechend einer Kombination sowohl der Brechung als auch Absorption.

Streuung

Der Brechungsindex von Materialien ändert sich mit der Wellenlänge (und Frequenz) vom Licht. Das wird Streuung genannt und veranlasst Prismen, weißes Licht in seine konstituierenden geisterhaften Farben zu teilen und erklärt, wie Regenbogen gebildet werden. Da sich der Brechungsindex mit der Wellenlänge gemäß dem Gesetz von Snell ändert, auch wird die Brechung angeln, als Licht von einem Material bis einen anderen geht. Das lässt verschiedene Farben in verschiedene Richtungen hineingehen. Streuung veranlasst auch die im Brennpunkt stehende Länge von Linsen, Wellenlänge-Abhängiger zu sein. Das ist ein Typ der chromatischen Aberration, die häufig für in der Bildaufbereitung von Systemen korrigiert werden muss.

In Gebieten des Spektrums, wo das Material nicht absorbiert, neigt der Brechungsindex dazu, mit der zunehmenden Wellenlänge abzunehmen, und so mit der Frequenz zuzunehmen. Das wird normale Streuung im Gegensatz zur anomalen Streuung genannt, wo der Brechungsindex mit der Wellenlänge zunimmt. Weil sichtbare leichte normale Streuung bedeutet, dass der Brechungsindex für das blaue Licht höher ist als für das Rot.

Für die Optik in der Sehreihe wird der Betrag der Streuung eines Linse-Materials häufig durch die Zahl von Abbe gemessen. Für eine genauere Beschreibung der Wellenlänge-Abhängigkeit des Brechungsindexes kann die Gleichung von Sellmeier verwendet werden. Es ist eine empirische Formel, die gut im Beschreiben der Streuung arbeitet. Koeffizienten von Sellmeier werden häufig statt des Brechungsindexes in Tischen angesetzt.

Wegen der Streuung ist es gewöhnlich wichtig, die Vakuumwellenlänge anzugeben, an der ein Brechungsindex gemessen wird. Gewöhnlich wird das an verschiedenen bestimmten geisterhaften Emissionslinien getan; zum Beispiel ist n der Brechungsindex an Fraunhofer "D" Linie, das Zentrum des gelben Natriums doppelte Emission an 589.29 nm Wellenlänge.

Komplizierter Index der Brechung und Absorption

Wenn Licht ein Medium durchführt, wird ein Teil davon immer absorbiert. Das kann durch das Definieren eines komplizierten Index der Brechung, günstig in Betracht gezogen werden

Hier zeigt der echte Teil des Brechungsindexes die Phase-Geschwindigkeit an, während der imaginäre Teil den Betrag des Absorptionsverlustes anzeigt, wenn sich die elektromagnetische Welle durch das Material fortpflanzt.

Das entspricht Absorption kann durch das Einfügen dieses Brechungsindexes in den Ausdruck für das elektrische Feld eines Flugzeugs elektromagnetische Welle gesehen werden, die in - Richtung reist. Wir können das tun, indem wir die Welle-Zahl mit dem Brechungsindex durch damit verbinden, die Vakuumwellenlänge zu sein. Mit der komplizierten Welle-Zahl und dem Brechungsindex kann das in den Flugzeug-Welle-Ausdruck als eingefügt werden

Hier sehen wir, dass das einen Exponentialzerfall, wie erwartet, aus dem Gesetz von Beer-Lambert gibt.

κ wird häufig den Erlöschen-Koeffizienten in der Physik genannt, obwohl das eine verschiedene Definition innerhalb der Chemie hat. Sowohl n als auch κ sind von der Frequenz abhängig. In den meisten Verhältnissen (wird Licht absorbiert), oder (leichtes Reisen für immer ohne Verlust). In speziellen Situationen, besonders im Gewinn-Medium von Lasern, ist es auch das möglich

Eine alternative Tagung verwendet statt, aber wo noch Verlust entspricht. Deshalb ist diese zwei Vereinbarung inkonsequent und sollte nicht verwirrt sein. Der Unterschied ist mit dem Definieren sinusförmiger Zeitabhängigkeit als dagegen verbunden. Sieh Mathematische Beschreibungen der Undurchsichtigkeit.

Dielektrischer Verlust und Nichtnullgleichstrom-Leitvermögen in Materialien verursachen Absorption. Gute dielektrische Materialien wie Glas haben äußerst niedriges Gleichstrom-Leitvermögen, und an niedrigen Frequenzen ist der dielektrische Verlust auch unwesentlich, fast auf keine Absorption (κ  0) hinauslaufend. Jedoch, an höheren Frequenzen (wie sichtbares Licht), kann dielektrischer Verlust Absorption bedeutsam vergrößern, die Durchsichtigkeit des Materials auf diese Frequenzen reduzierend.

Die echten und imaginären Teile des komplizierten Brechungsindexes sind durch die Kramers-Kronig Beziehungen verbunden. Zum Beispiel kann man einen vollen komplizierten Brechungsindex eines Materials als eine Funktion der Wellenlänge von einem Absorptionsspektrum des Materials bestimmen.

Für den Röntgenstrahl und die äußerste Ultraviolettstrahlung geht der komplizierte Brechungsindex nur ein bisschen von der Einheit ab und hat gewöhnlich einen echten Teil, der kleiner ist als 1. Es wird deshalb normalerweise als geschrieben (oder).

Beziehungen zu anderen Mengen

Phase-Geschwindigkeit

Die Phase-Geschwindigkeit wird als die Rate definiert, an der sich die Kämme der Wellenform fortpflanzen; d. h. die Rate, an der sich die Phase der Wellenform bewegt. Die Gruppengeschwindigkeit ist die Rate, an der sich der Umschlag der Wellenform fortpflanzt; d. h. die Rate der Schwankung des Umfangs der Wellenform. Vorausgesetzt dass die Wellenform bedeutsam während der Fortpflanzung nicht verdreht wird, ist es die Gruppengeschwindigkeit, die die Rate vertritt, an der Information (und Energie) durch die Welle (zum Beispiel, die Geschwindigkeit an der ein Puls des leichten Reisens unten ein Glasfaserleiter) übersandt werden kann. Für die analytischen Eigenschaften, die die ungleiche Phase und Gruppengeschwindigkeiten bei dispersive Medien beschränken, beziehen Sie sich auf die Streuung (Optik).

Brechung

Wenn sich Licht von einem Medium bis einen anderen als in der Zahl nach rechts bewegt, ändert es Richtung, d. h. es wird gebrochen. Wenn es von einem Medium mit dem Brechungsindex zu einem mit dem Brechungsindex mit einem Vorkommen-Winkel zur Oberfläche geht, die dessen normal ist, kann der Übertragungswinkel aus dem Gesetz von Snell berechnet werden:

Wenn es keinen Winkel gibt, der das Gesetz von Snell erfüllt, d. h.

das Licht kann nicht übersandt werden und wird stattdessen inneres Gesamtnachdenken erleben.

Reflexionsvermögen

Abgesondert vom übersandten Licht gibt es auch einen widerspiegelten Teil. Der Nachdenken-Winkel ist dem Vorkommen-Winkel gleich, und der Betrag des Lichtes, das widerspiegelt wird, wird durch das Reflexionsvermögen der Oberfläche bestimmt. Das Reflexionsvermögen kann vom Brechungsindex und dem Vorkommen-Winkel mit den Gleichungen von Fresnel berechnet werden, der für das normale Vorkommen zu abnimmt

Für das allgemeine Glas in Luft, und, und so werden ungefähr 4 % der Ereignis-Macht widerspiegelt.

In anderen Vorkommen-Winkeln wird das Reflexionsvermögen auch von der Polarisation des eingehenden Lichtes abhängen. Im Winkel von genanntem Brewster eines bestimmten Winkels, p-polarized Licht (Licht mit dem elektrischen Feld im Flugzeug des Vorkommens) wird völlig übersandt. Der Winkel von Brewster kann von den zwei Refraktionsindizes der Schnittstelle als berechnet werden

Linsen

Die im Brennpunkt stehende Länge einer Linse wird durch seinen Brechungsindex und die Radien der Krümmung und von seinen Oberflächen bestimmt. Die Macht einer dünnen Linse in Luft wird durch die Formel von Lensmaker gegeben:

Dielektrische Konstante

Der Brechungsindex der elektromagnetischen Radiation kommt gleich

wo der Verwandte des Materials permittivity ist, und μ seine Verhältnisdurchdringbarkeit ist. Für am natürlichsten vorkommende Materialien ist μ sehr 1 an optischen Frequenzen nah, deshalb ist n ungefähr.

Das unveränderliche Frequenzabhängiger-Dielektrikum ist einfach das Quadrat des (komplizierten) Brechungsindexes in einem nichtmagnetischen Medium (ein mit einer Verhältnisdurchdringbarkeit der Einheit). Der Brechungsindex wird für die Optik in Gleichungen von Fresnel und dem Gesetz von Snell verwendet; während die dielektrische Konstante in den Gleichungen und Elektronik von Maxwell verwendet wird.

Wo die komplizierte dielektrische Konstante mit echten und imaginären Teilen ist und, und und die echten und imaginären Teile des Brechungsindexes, alle Funktionen der Frequenz sind:

Die Konvertierung zwischen Brechungsindex und dielektrischer Konstante wird getan durch:

Dichte

Im Allgemeinen nimmt der Brechungsindex eines Glases mit seiner Dichte zu. Jedoch, dort besteht keine gesamte geradlinige Beziehung zwischen dem Brechungsindex und der Dichte für das ganze Silikat und Borosilikatbrille. Ein relativ hoher Brechungsindex und niedrige Dichte können mit der Brille erhalten werden, die leichte Metalloxyde wie LiO und MgO enthält, während die entgegengesetzte Tendenz mit der Brille beobachtet wird, die PbO und BaO, wie gesehen, im Diagramm am Recht enthält.

Gruppenindex

Manchmal wird ein "Gruppengeschwindigkeitsbrechungsindex" hat gewöhnlich den Gruppenindex genannt, definiert:

wo v die Gruppengeschwindigkeit ist. Dieser Wert sollte mit n nicht verwirrt sein, der immer in Bezug auf die Phase-Geschwindigkeit definiert wird. Wenn die Streuung klein ist, kann die Gruppengeschwindigkeit mit der Phase-Geschwindigkeit durch die Beziehung verbunden werden

In diesem Fall kann der Gruppenindex so in Bezug auf die Wellenlänge-Abhängigkeit des Brechungsindexes als geschrieben werden

wo die Wellenlänge im Medium ist.

Wenn der Brechungsindex eines Mediums als eine Funktion der Vakuumwellenlänge bekannt ist (statt der Wellenlänge im Medium), sind die entsprechenden Ausdrücke für die Gruppengeschwindigkeit und den Index (für alle Werte der Streuung)

wo die Wellenlänge im Vakuum ist.

Schwung (Meinungsverschiedenheit von Abraham-Minkowski)

1908 hat Hermann Minkowski den Schwung eines gebrochenen Strahls, p berechnet, wo E Energie des Fotons ist, ist c die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum, und n ist der Brechungsindex des Mediums wie folgt:

1909 hat Max Abraham die folgende Formel für diese Berechnung vorgeschlagen:

Eine 2010-Studie hat darauf hingewiesen, dass beide Gleichungen mit der Version von Abraham richtig sind, die der kinetische Schwung und die Version von Minkowski ist, die der kanonische Schwung ist, und behauptet, die widersprechenden experimentellen Ergebnisse mit dieser Interpretation zu erklären.

Andere Beziehungen

Wie gezeigt, im Experiment von Fizeau, wenn Licht durch ein bewegendes Medium übersandt wird, ist seine Geschwindigkeit hinsichtlich eines stationären Beobachters:

Der Brechungsindex einer Substanz kann mit seiner Polarisierbarkeit mit der Gleichung von Lorentz-Lorenz oder zu den Mahlzahn-Brechbarkeiten seiner Bestandteile durch die Beziehung von Gladstone-Dale verbunden sein.

Brechbarkeit

In atmosphärischen Anwendungen wird die Brechbarkeit als N = (n - 1) definiert. Der 10 Faktor wird gewählt, weil für Luft n von der Einheit höchstens einige Teile pro Tausend ablenkt.

Nichtskalar, nichtlineare oder nichthomogene Brechung

Bis jetzt haben wir angenommen, dass Brechung durch geradlinige Gleichungen gegeben wird, die einen räumlich unveränderlichen Skalarbrechungsindex einschließen. Diese Annahmen können unterschiedlich zusammenbrechen, um in den folgenden Paragraphen beschrieben zu werden.

Doppelbrechung

In einigen Materialien hängt der Brechungsindex von der Polarisations- und Fortpflanzungsrichtung des Lichtes ab. Das wird Doppelbrechung oder optischen anisotropy genannt.

In der einfachsten Form, einachsigen Doppelbrechung, gibt es nur eine spezielle Richtung im Material. Diese Achse ist als die optische Achse des Materials bekannt. Das Licht mit der geradlinigen Polarisationssenkrechte zu dieser Achse wird einen gewöhnlichen Brechungsindex erfahren, während in der Parallele polarisiertes Licht einen außergewöhnlichen Brechungsindex erfahren wird. Die Doppelbrechung des Materials ist der Unterschied zwischen diesen Indizes der Brechung. Das leichte Fortpflanzen in der Richtung auf die optische Achse wird durch die Doppelbrechung nicht betroffen, da der Brechungsindex der Polarisation unabhängig sein wird. Für andere Fortpflanzungsrichtungen wird sich das Licht in zwei geradlinig polarisierte Balken aufspalten. Für das Licht, das rechtwinklig zur optischen Achse reist, werden die Balken dieselbe Richtung haben. Das kann verwendet werden, um die Polarisationsrichtung des geradlinig polarisierten Lichtes zu ändern oder sich zwischen geradlinigen, kreisförmigen und elliptischen Polarisationen mit waveplates umzuwandeln.

Viele Kristalle sind natürlich birefringent, aber isotropische Materialien wie Plastik und Glas können auch häufig birefringent durch das Einführen einer bevorzugten Richtung durch z.B eine Außenkraft oder elektrisches Feld gemacht werden. Das kann im Entschluss von Betonungen in Strukturen mit der Photoelastizität verwertet werden. Das birefringent Material wird dann zwischen durchquertem polarizers gelegt. Eine Änderung in der Doppelbrechung wird die Polarisation und dadurch den Bruchteil des Lichtes verändern, das durch den zweiten polarizer übersandt wird.

Im allgemeineren Fall von trirefringent durch das Feld der Kristalloptik beschriebenen Materialien ist die dielektrische Konstante eine Reihe 2 Tensor (3 durch 3 Matrix). In diesem Fall kann die Fortpflanzung des Lichtes nicht durch Refraktionsindizes abgesehen von Polarisationen entlang Hauptäxten einfach beschrieben werden.

Nichtlinearität

Das starke elektrische Feld des hohen Intensitätslichtes (wie Produktion eines Lasers) kann einen Brechungsindex eines Mediums veranlassen sich zu ändern, weil das Licht es durchführt, nichtlineare Optik verursachend. Wenn sich der Index quadratisch mit dem Feld ändert (geradlinig mit der Intensität), wird es die optische Wirkung von Kerr genannt und verursacht Phänomene wie Selbstfokussierung und Selbstphase-Modulation. Wenn sich der Index geradlinig mit dem Feld ändert (der nur in Materialien möglich ist, die Inversionssymmetrie nicht besitzen), ist es als die Wirkung von Pockels bekannt.

Inhomogenität

Wenn der Brechungsindex eines Mediums nicht unveränderlich ist, aber sich allmählich mit der Position ändert, ist das Material als ein Medium des Anstieg-Index bekannt und wird durch die Anstieg-Index-Optik beschrieben. Licht, das durch solch ein Medium reist, kann gebogen oder eingestellt werden, und diese Wirkung kann ausgenutzt werden, um Linsen, einige Glasfaserleiter und andere Geräte zu erzeugen. Einige allgemeine Sinnestäuschungen werden durch einen räumlich unterschiedlichen Brechungsindex von Luft verursacht.

Brechungsindex-Maß

Homogene Medien

Der Brechungsindex von Flüssigkeiten oder Festkörpern kann mit Refraktometern gemessen werden. Sie messen normalerweise einen Winkel der Brechung oder den kritischen Winkel für das innere Gesamtnachdenken. Die ersten Laborrefraktometer verkauft wurden gewerblich von Ernst Abbe gegen Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt.

Dieselben Grundsätze werden noch heute verwendet. In diesem Instrument wird eine dünne Schicht der zu messenden Flüssigkeit zwischen zwei Prismen gelegt. Licht wird durch die Flüssigkeit in Vorkommen-Winkeln den ganzen Weg bis zu 90 °, d. h. leichte Strahl-Parallele zur Oberfläche poliert. Das zweite Prisma sollte einen Index der Brechung höher haben als diese der Flüssigkeit, so dass Licht nur ins Prisma in Winkeln eingeht, die kleiner sind als der kritische Winkel für das Gesamtnachdenken. Dieser Winkel kann dann entweder durch das Durchschauen eines Fernrohrs, oder mit einem ins im Brennpunkt stehende Flugzeug einer Linse gelegten Digitalphotoentdecker gemessen werden. Der Brechungsindex der Flüssigkeit kann dann vom maximalen Übertragungswinkel als berechnet werden, wo der Brechungsindex des Prismas ist.

Dieser Typ von Geräten wird in chemischen Laboratorien für die Identifizierung von Substanzen und für die Qualitätskontrolle allgemein verwendet. Tragbare Varianten werden in der Landwirtschaft von z.B Wein-Schöpfern verwendet, um Zuckerinhalt in Traubensaft zu bestimmen, und Reihenprozess-Refraktometer werden in z.B der chemischen und pharmazeutischen Industrie für die Prozesssteuerung verwendet.

In gemology wird ein verschiedener Typ des Refraktometers verwendet, um Index der Brechung und Doppelbrechung von Edelsteinen zu messen. Der Edelstein wird auf einem hohen Brechungsindex-Prisma gelegt und von unten illuminiert. Eine hohe Brechungsindex-Kontakt-Flüssigkeit wird verwendet, um optischen Kontakt zwischen dem Edelstein und dem Prisma zu erreichen. An kleinem Vorkommen-Winkel-grössten Teil des Lichtes wird in den Edelstein übersandt, aber in hohen Winkeln wird inneres Gesamtnachdenken im Prisma vorkommen. Der kritische Winkel wird normalerweise durch das Durchschauen eines Fernrohrs gemessen.

Brechungsindex-Schwankungen

Um die Raumschwankung des Brechungsindexes in einer Beispielmit der Phasekontrastbildaufbereitung zu messen, werden Methoden verwendet. Diese Methoden messen die Schwankungen in der Phase der leichten Welle, die über die Probe herrscht. Die Phase ist zur optischen Pfad-Länge proportional, die der leichte Strahl überquert hat, und so ein Maß des Integrals des Brechungsindexes entlang dem Strahl-Pfad gibt. Die Phase kann direkt an optischen oder höheren Frequenzen nicht gemessen werden, und muss deshalb in die Intensität durch die Einmischung mit einem Bezugsbalken umgewandelt werden. Im Sehspektrum wird das mit der Mikroskopie der Phase-Unähnlichkeit von Zernike, Differenzialeinmischungskontrastmikroskopie (DIC) oder interferometry getan.

Mikroskopie der Phase-Unähnlichkeit von Zernike führt eine Phase-Verschiebung in die niedrigen Raumfrequenzbestandteile des Images mit einem Phase auswechselnden Ringrohr im Flugzeug von Fourier der Probe ein, so dass höhere Frequenzteile des Images den niedrigen Frequenzbezugsbalken stören können. In DIC wird die Beleuchtung in zwei Balken aufgeteilt, die verschiedene Polarisationen gegeben werden, Phase ausgewechselt verschieden sind, und schräg mit ein bisschen verschiedenen Beträgen ausgewechselt werden. Nach dem Muster werden die zwei Teile gemacht sich einzumischen, ein Image der Ableitung der optischen Pfad-Länge in der Richtung auf den Unterschied in der Querverschiebung gebend.

In interferometry wird die Beleuchtung in zwei Balken durch einen teilweise reflektierenden Spiegel aufgeteilt. Einer der Balken wird durch die Probe gelassen, bevor sie verbunden werden, um sich einzumischen und ein direktes Image der Phase-Verschiebungen zu geben. Wenn die optischen Pfad-Länge-Schwankungen mehr als eine Wellenlänge sind, wird das Image Fransen enthalten.

Dort bestehen Sie mehrere Röntgenstrahl-Phase-Unähnlichkeit Bildaufbereitung von Techniken, um 2. oder 3D Raumvertrieb des Brechungsindexes von Proben im Röntgenstrahl-Regime zu bestimmen.

Anwendungen

Der Brechungsindex eines Materials ist das wichtigste Eigentum jedes optischen Systems, das Brechung verwendet. Es wird verwendet, um die sich konzentrierende Macht von Linsen und die dispersive Macht von Prismen zu berechnen. Es kann auch als ein nützliches Werkzeug verwendet werden, um zwischen verschiedenen Typen des Edelsteins, wegen des einzigartigen chatoyance jeder individuelle Stein Anzeigen zu differenzieren.

Da Brechungsindex eine grundsätzliche physikalische Eigenschaft einer Substanz ist, wird er häufig verwendet, um eine besondere Substanz zu identifizieren, seine Reinheit zu bestätigen, oder seine Konzentration zu messen. Brechungsindex wird verwendet, um Festkörper (Brille und Edelsteine), Flüssigkeiten und Benzin zu messen. Meistens wird es verwendet, um die Konzentration eines solute in einer wässrigen Lösung zu messen. Ein Refraktometer ist das Instrument, das verwendet ist, um Brechungsindex zu messen. Für eine Lösung von Zucker kann der Brechungsindex verwendet werden, um den Zuckerinhalt zu bestimmen (sieh Brix).

In GPS wird der Index der Brechung in der Strahlenaufzeichnung verwertet, um für die Radiofortpflanzungsverzögerung wegen der elektrisch neutralen Atmosphäre der Erde verantwortlich zu sein. Es wird auch im Satellitenverbindungsdesign für die Berechnung der radiowave Verdünnung in der Atmosphäre verwendet.

Siehe auch

• Berechnung von Glaseigenschaften
• Beziehung von Clausius-Mossotti
• Ellipsometry
• Hohe Brechungsindex-Polymer
• Index vergleichendes Material
• Index-Ellipsoid
• Optische Eigenschaften von Wasser und Eis

Links

• NIST Rechenmaschine, für den Brechungsindex von Luft zu bestimmen
• Dielektrische Materialien
• Negativer Brechungsindex
• Wissenschaftswelt
• Die Online-Datenbank von Filmetrics Freie Datenbank des Brechungsindexes und der mitwirkenden Absorptionsinformation
• RefractiveIndex. INFO-Brechungsindex-Datenbank, die das Online-Plotten und parameterisation von Daten zeigt
• sopra-sa.com die Brechungsindex-Datenbank als Textdateien (verpflichten sich erforderlich)