折射率

概况

光在空气中的速度与光在该材料中的速度之比率。材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。

折射率越高，镜片越薄，即镜片中心厚度相同，相同度数同种材料，折射率高的比折射率低的镜片边缘更薄。

折射率与介质的电磁性质密切相关。

公式

折射率与波长的关系

同一单色光在不同介质中传播，频率不变而波长不同。以λ表示光在真空中的波长，n表示介质的折射率，则光在介质中的波长λ'为

λ'=λ/n

n=sinγ/sinβ

设光在某种媒质中的速度为v，由于真空中的光速为c，所以这种媒质的绝对折射率公式：

n=c/v

在可见光范围内，由于光在真空中传播的速度最大，故其它介质的折射率都大于1。

光在等离子体中相速度可以远大于c，所以等离子体折射率小于1。

同一媒质对不同频率的光，具有不同的折射率；在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。

通常所说某物体的折射率数值多少（例如水为1.33，水晶为1.55，金刚石为2.42，玻璃按成分不同而为1.5～1.9），是指对钠黄光（波长5893×10-10m）而言。

相对折射

光从介质1射入介质2发生折射时，入射角与折射角的正弦之比叫做介质2相对介质1的折射率，即“相对折射率”。因此，“绝对折射率”可以看作介质相对真空的折射率。它是表示在两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。

**相对折射率公式：n=sinθ/sinθ‘=n’/n=v/v‘光学介质的一个基本参量。即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比。

真空的折射率等于1，两种介质的折射率之比称为相对折射率。例如，第一介质的折射率为，第二介质的折射率为，则称为第二介质对第一介质的相对折射率。某介质的折射率也是该介质对真空的相对折射率。于是折射定律可写成如下形式:

影响因素

两种介质进行比较时，折射率较大的称光密介质，折射率较小的称光疏介质。折射率与介质的电磁性质密切相关。根据经典电动力学，和分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。手册中提供的折射率数据是对某一特定波长而言的（通常是对钠黄光，波长为5893Å）。气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种频率的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760mmHg时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。

影响介质折射率的因素主要有以下几个方面。

离子半径

根据麦克斯韦电磁场理论，光在介质中的传播速度应为，由此可得：。其中c为真空中的光速，μ为介质的磁导率，ε 为介质的介电常数，为真空中磁导率，为真空中介电常数，为介质的相对磁导率，为介质的相对介电常数。在无机材料这样的电介质中，故有。说明介质的折射率随其介电常数的增大而增大。而介电常数则与介质极化有关。由于光（电磁辐射）和原子内部电子体系的相互作用，光速被减慢了。

当离子半径增大时，其介电常数也增大，因而n也随之增大。因此，可以用大离子得到高折射率的材料。如硫化铅的n=3.912，用小离子得到低折射率的材料，如四氯化硅的n=1.412。

介质材料

折射率还和离子的排列密切相关，各向同性的光学材料，如非晶态（无定型体）和立方晶体时，只有一个折射率 。而光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别有两条折射光线，构成所谓的双折射。这两条折射光线，平行于入射面的光线的折射率，称为常光折射率 ，不论入射光的入射角如何变化，它始终为一常数，服从折射定律。另一条垂直于入射面的光线所构成的折射率，随入射光的方向而变化，称为非常光折射率 ，它不遵守折射定律。当光沿晶体光轴方向入射时，只有 存在，与光轴方向垂直入射时， 达最大值，此值为材料的特性。

综上所述，沿着晶体密堆积程度较大的方向 较大。

内应力

有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n较大，平行于受拉主应力方向的n 较小（请读者仔细地想一想，为什么？）。

总体来说，材料中粒子越致密，折射率越大。

同质异构体

在同质异构材料中，高温时的晶型折射率较低，低温时存在的晶型折射率较高。例如，常温下，石英玻璃的n=1.46 ，石英晶体的n=1.55 ；高温时的鳞石英的n=1.47 ；方石英的n=1.49 ，至于说普通钠钙硅酸盐玻璃的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掺入铅和钡的氧化物。例如，含90%(体积)氧化铅的铅玻璃n=2.1 。

实验测定

介质的折射率通常由实验测定，有多种测量方法。对固体介质，常用最小偏向角法或自准直法，或通过迈克尔逊干涉仪利用等厚干涉的原理测出；液体介质常用临界角法（阿贝折射仪）；气体介质则用精密度更高的干涉法（瑞利干涉仪）。

测量方法如下：

偏向角法

对于一个顶角为θ、折射率为n待测的棱镜，将它放在空气中( = =1)。当棱镜第一表面的入射角 等于在第二表面的折射角折射率测量时，偏向角达到最小值 ，则用测角仪测定 和θ，便可算出n。(见图1)

用精度不低于1角秒的大型精密测角仪，采用最小偏向角法测定固体光学材料的折射率，可获得±5×10-6的测量精度，是各种测量方法中精度较高的一种。

自准直法

在测角仪上也可采用自准直法测量材料的折射率。如图2所示，光线在棱镜前表面的入射角为i,如果折射光线OC刚好垂直于棱镜后表面BD,则反射后的光路COS与入射光路SOC重合，称为自准直光路。由图2所示几何关系知道，此时光线在前表面的折射角f与棱镜顶角θ 相等，因此根据折射定律

n=sini/sinθ，

测出i和θ，即可求得n。

在测角仪上通过观察和调整来建立最小偏向角光路或者自准直光路，不仅麻烦，且有主观误差，多年来，中国在数字式测角仪的基础上研制了全自动折射仪，在这种仪器上用最小偏向角法或自准直法测折射率时能自动寻的，测量结果也能自动处理。测定波长范围可扩展到紫外和红外(0.2～15μm)。

临界角法

具有代表性的仪器是阿贝折射仪。 图3表示折射率n待测的液体试样涂布在该仪器两块棱镜的接触面间（测固体试样时不需要进光棱镜）。 标准棱镜本身的折射率已知为 ，在 >n的条件下，光线折射进入标准棱镜。光线入射角不会超过90°，由折射定律知道折射角不会超过 90°。

因此在仪器视场中看到与 折射率测量对应的明暗分界线,根据明暗分界线位置的变化便可确定 n值。假如光线逆行，则 折射率测量正好是发生全反射的临界角，因此称为临界角法。

阿贝折射仪的光学系统见图4。在度盘上根据有关公式标出一系列n值，当分划板的叉丝中心对准明暗分界线时，可直接由度盘读出被测试样的n值，使用很方便。阿米奇棱镜用来消除分界线上的色散现象，因此，虽然采用白光而不用单色光源，仍能得到无色而清晰的明暗分界线。阿贝折射仪的折射率测量范围为1.3～1.7，精度Δn=±3×10-4。

列表

(原作者参数并未编辑，所有参数均参考RGB或HSB格式，R,G,BorH,S,B;

例如：铝箔折射-180,0,0该参数为HSB格式，后来者如若有时间继续排版下格式，感激不尽)

材质颜色 折射率列表 金属颜色/RGB 漫射 镜面 反射 凹凸%

铝箔 180，180，180/ 32 / 90 / 65 / 8

铝箔（纯） 180，180，180/ 50 /45 / 35 / 15

铝 220，223，227/ 35 / 25 / 40 / 15

磨亮的铝 220，223，227/ 35 /65 / 50 / 12

黄铜 191，173，111/ 40 / 40 / 40 / 20

磨亮的黄铜 194，173，111/ 40 / 65 / 50 / 10

镀铬合金150，150，150/ 40 / 40 / 25 / 35

镀铬合金2 220，230，240/ 25 / 30 / 50 / 20

镀铬铝 220，230，240/ 15 / 60 / 70 / 10

镀铬塑胶 220，230，240/ 15 / 60 / 85 / 10

镀铬钢 220，230，240/ 15 / 60 / 40 / 5

纯铬 220，230，240/ 15 / 60 / 65 / 5

铜 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

未精炼的金255，180，66/ 35 / 40 / 15 / 25

黄金 242，192，86/ 45 / 40 / 25 / 10

石墨 87，33，77/ 42 / 90 / 15 / 10

铁 118，119，120/ 35/ 50 / 25 / 20

铅锡锑合金 250，250，250/ 30 / 40 / 15 / 10

银 233，233，216/ 15 / 90 / 45 / 15

钠 250，250，250/ 50 / 90 / 25 / 10

废白铁罐 229，223，206/ 30 / 40 / 45/ 30

不锈钢 128，128，126/ 40 / 50 / 35 / 20

磨亮的不锈钢220，220，220/ 35 / 50 / 25 / 35

锡 220，223，227/ 50 / 90 / 35 / 20

材质 颜色/RGB 漫射 镜面 反射 凹凸%

净化瓶 27,108,131 /90 /60 /5 / 20

泡沫橡胶 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(纯) 25,25,25 /92 /40 /15 / 30

橡胶 20,20,20 /80 /30 /5 / 10

塑料(60&透明) 63,108,86 /90 /90 /35 / 10

塑料(高光泽) 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

橡胶 30,30,30 /30 /20 /0 / 50

橡胶纽扣 150,150,150/60 /20 /0 / 30

乙烯树脂 45,45,45 /60 /40 /15 / 30

光源 K

烛焰 1500

家用白织灯 2500-3000

60瓦充气钨丝灯 2800

100瓦钨丝灯 2950

1000瓦钨丝灯 3000

500瓦透影灯 2865

500瓦钨丝灯 3175

琥伯闪光信号灯 3200

R32反射镜泛光灯 3200

锆制的浓狐光灯 3200

1,2,4号泛光灯 3400

反射镜泛光灯 3400

暖色白荧光灯 3500

冷色白荧光灯 4500

白昼的泛光灯 4800

白焰碳弧灯 5000

M2B闪光信号灯 5100

正午的日光 5400

夏季的直射日光 5800

10点至15点的直射日光 6000

白昼的荧光灯 6500

正午晴空的日光 6500

阴天的光线 6800～7000

来自灰蒙天空的光线 7500～8400

来自晴朗蓝天的光线 10000～20000

在水域上空的晴朗蓝天 20000～27000

材质 折射率

真空 1.0000

空气 1.0003

液态二氧化碳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

萤石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，锌冠 1.5170

玻璃，冠 1.5200

氯化钠 1.5300

三棱镜 1.6435

聚苯乙烯1.5500

石英2 1.5530

绿宝石1.5700

轻火石玻璃1.5750

青金石，杂青金石 1.6100

黄玉1.6100

二硫化碳 1.6300

石英1 1.6440

氯化钠（食盐）2 1.6440

重火石玻璃 1.6500

Calspar2 1.6600

二碘甲烷1.7400

红宝石1.7700

蓝宝石 1.7700

超重火石玻璃 1.8900

水晶 1.544～1.553

氯氧化铋 2.15

钻石2.4170

氧化铬 2.7050

非晶质硒 2.2920

碘晶体3.3400

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

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

负折射率

负折射率（介电常数和磁导率同时为负）的问题是近年来国际上非常活跃的一个研究领域。当电磁波在负折射率材料中传播时，电场E、磁场B和波矢k三者构成左手螺旋关系，因而负折射率材料又称为左手性材料(left-handed materials)。Veselago 1968 年首次在理论设想了左手型材料。Pendry在1996年与1999年分别指出可以用细金属导线及有缝谐振环阵列构造介电常数ε和磁导率μ同时为负的人工媒质。2001年，Smith等人沿用Pendry的方法，构造出了介电常数与磁导率同时为负的人工媒质，并首次通过实验观察到了微波波段的电磁波通过这种人工媒质与空气的交界面时发生的负折射现象。尽管初期人们对Smith等人的实验有许多争论，但2003年以来更为仔细的实验均证实了负折射现象。

产生负折射率现象有两类材料。一类材料是由于局域共振机制导致介电常数和磁导率同时为负，既材料具有有效的负折射率。这类材料又被称为特异材料（meta materials）。Smith等人的有缝谐振环阵列就属于特异材料。但是有缝谐振环阵列结构具有较大的损耗和较窄的负折射带宽，在应用中会受到许多限制。另一类材料是