折射率的影響因素介紹
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(xiàn)象。手冊中提供的折射率數(shù)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(shù),
為真空中磁導率,
為真空中介電常數(shù),
為介質的相對磁導率,為介質的相對介電常數(shù)。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(shù)的增大而增大。而介電常數(shù)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(shù)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(shù),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?較小(請讀者仔細地想一想,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 。