Показник заломлення (Індекс заломлення)

191
Показник заломлення (Індекс заломлення)

Показник заломлення (Index of Refraction) — це значення, яке розраховується як співвідношення швидкості світла у вакуумі до швидкості світла у другому середовищі з більшою щільністю. Змінна показника заломлення найчастіше позначається літерою n або n’ в описовому тексті та математичних рівняннях.

Показник заломлення

Як показано на малюнку вище, хвилі, що падають на плоску поверхню, що розділяє два середовища, заломлюється при вході в друге середовище, якщо хвиля, що падає, розташована під нахилом до поверхні. Кут падіння (θ(1)) пов’язаний з кутом заломлення (θ(2)) простим співвідношенням, відомим як закон Снелла:

Як показано на малюнку вище, хвилі, що падають на плоску поверхню, що розділяє два середовища, заломлюється при вході в друге середовище, якщо хвиля, що падає, розташована під нахилом до поверхні. Кут падіння (θ(1)) пов’язаний з кутом заломлення (θ(2)) простим співвідношенням, відомим як закон Снелла:

Де n представляє показники заломлення матеріалу 1 і матеріалу 2, а θ — кути світла, що проходить через ці матеріали відносно нормалі. З цього рівняння можна вивести кілька важливих моментів. Коли n(1) більше ніж n(2), кут заломлення завжди більший за кут падіння. В іншому випадку, коли n(2) більше ніж n(1), кут заломлення завжди менший за кут падіння. Коли два показники заломлення рівні (n(1) = n(2)), то світло проходить без заломлення.

В оптичній мікроскопії показник заломлення є важливою змінною для розрахунку числової апертури, яка є мірою збору світла та роздільної здатності об’єктива. У більшості випадків середовищем зображення для мікроскопії є повітря, але об’єктиви із великим збільшенням часто використовують масло або подібну рідину між передньою лінзою об’єктива та зразком для покращення роздільної здатності. Числова апертура визначається як:

Де n представляє показники заломлення матеріалу 1 і матеріалу 2, а θ — кути світла, що проходить через ці матеріали відносно нормалі. З цього рівняння можна вивести кілька важливих моментів. Коли n(1) більше ніж n(2), кут заломлення завжди більший за кут падіння. В іншому випадку, коли n(2) більше ніж n(1), кут заломлення завжди менший за кут падіння. Коли два показники заломлення рівні (n(1) = n(2)), то світло проходить без заломлення. В оптичній мікроскопії показник заломлення є важливою змінною для розрахунку числової апертури, яка є мірою збору світла та роздільної здатності об’єктива. У більшості випадків середовищем зображення для мікроскопії є повітря, але об’єктиви із великим збільшенням часто використовують масло або подібну рідину між передньою лінзою об’єктива та зразком для покращення роздільної здатності. Числова апертура визначається як:

де n – показник заломлення середовища зображення, а θ – кутова апертура об’єктива. З рівняння очевидно, що збільшення показника заломлення шляхом заміни середовища зображення з повітря (показник заломлення = 1,000) на масло з низькою дисперсією (показник заломлення = 1,515) різко збільшує числову апертуру.

Інтерактивний туторіал – Показник заломлення

Вивчіть, як змінюється показник заломлення залежно від дисперсії властивостей різних матеріалів.


Закон Снелла спочатку був визначений співвідношенням між кутами падіння та співвідношенням швидкостей світла в двох середовищах. Показник заломлення — це відношення між швидкістю світла (c) у вільному просторі (для всіх практичних цілей, або у повітрі, або у вакуумі) та його швидкістю η у певному середовищі:

Показник заломлення

Спробуйте також: Розрахувати глибину різкості об’єктива

Коли показник заломлення матеріалу збільшується, тоді більшою мірою відхиляється (або заломлюється) світловий промінь при вході або виході з матеріалу. Показник заломлення середовища залежить (певною мірою) від частоти світла, що проходить через нього, причому найвищі частоти мають найвищі значення n. Наприклад, у звичайному склі показник заломлення фіолетового світла приблизно на один відсоток більший, ніж червоного. Наслідком цього явища є те, що кожна довжина хвилі зазнає дещо різного ступеня заломлення, коли гетерогенний світловий промінь, що містить більше ніж одну частоту, входить або виходить із середовища. Цей ефект називається дисперсією, і він відповідає за хроматичну аберацію в об’єктивах мікроскопа.

Автор статті:

Michael W. Davidson – National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.

Оригінальна стаття за посиланням