| 词条 | 折射率 |
| 释义 | 在物理世界中，折射率是由光线穿过眼睛或摄影机所在的透明材质和媒介时的相对速度所产生的。通常它与对象折射率的密度有关；折射率越高，对象的密度就越高。也可以使用贴图来控制折射率。折射率贴图总是在1.0（空气的折射率）和折射率参数中的设置值之间进行插补。 § 简介 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之比折射率 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n1，第二介质的折射率为n2，则n21＝n2／n1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 n1sinθi＝n2sinθt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。根据电磁理论，，εr和μr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5893埃）。气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760毫米汞高时的折射率为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。 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；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）。 § 分类 绝对折射率 光从真空射入介质发生折射时，入射角i与折射角r的正弦之比n叫做介质的“绝对折折射率射率”，简称“折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。 [公式]n=sini/sinr=c/v 由于光在真空中传播的速度最大，故其他媒质的折射率都大于1。同一媒质对不同波长的光，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^-10米）而言。 相对折射率 光从介质1射入介质2发生折射时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比n21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。 [公式]n21=sinθ1/sinθ2=n2/n1=v1/v2 § 定义 某种的介质的折射率亦等于光在真空中的速度c跟光在介质中的传播速度v之比：折射率 n=\\frac{c}{v} 水波的相对折射率 水波的相对折射率为水波由A水区进入不同深度的B水区时，水波入射角i和折射角r的正弦的比值，称为「A水区进入B水区的相对折射率n_{AB}」或「B水区对A水区的相对折射率n_{AB}」。 n_{AB}=\\frac{\\sini}{\\sinr} § 司乃耳定律的特殊情况 光从真空进入某种介质发生折射时，入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比等于这种介质的折射率n。 \\frac{\\sini}{\\sinr}=n § 折射率是波长的函数 对于不同的波长，介质的折射率n(λ)也不同，这叫做光色散。折射率与波长或者频率的关系称为光的色散关系。常用的折射率有：折射率 nd是介质在方和菲光谱d（氦黄线587.56纳米）的折射率。 nF是介质在方和菲光谱F（氢蓝线486.1纳米）的折射率。 nC是介质在方和菲光谱C（氢红线656.3纳米）的折射率。 ne是介质在方和菲光谱e（汞绿线546.07纳米）的折射率。 § 光的折射定律 光的折射定律（斯涅尔定律）:光入射到不同介质的界面上会发生反射和折射。其中入射光和折射光位于同一个平面上，并且与界面法线的夹角满足如下关系：折射率 n_1\\sin\\theta_1=n_2\\sin\\theta_2 其中，n1和n2分别是两个介质的折射率，θ1和θ2分别是入射光（或折射光）与界面法线的夹角，叫做入射角和折射角。 以上公式又叫斯涅尔公式 一种特别需要指出的情况是： 当光由光密介质（折射率n1比较大的介质）射入光疏介质（折射率n2比较小的介质）时（比如由水入射到空气中），如果入射角大于某一个值θc时，折射角的正弦\\sin\\theta_2=\\frac{n_1}{n_2}\\sin\\theta_1将大于1。这在数学上是没有意义的。此时，不存在折射光，而只存在反射光。\\sin\\theta_1=\\sin\\theta_c=\\frac{n_2}{n_1}。而θc叫做全反射角，它的值取决与两种介质的折射率的比值。例：水的折射率为1.33，空气的折射率近似等于1.00，全反射角等于arcsin(1.00/1.33)=48.8度。 光的折射定律可以由电磁场的边界条件导出。 § 说明 同一媒质中不同波长(或频率)的光，具有不同的折射率。波长越短(频率越高)，则折射率越大。这可用复色光经棱 折射率镜后发生的色散现象来加以说明。光通过棱镜而偏折，其最小偏向角和折射率之间的关系是 n=sin[(α+δmin)/2]/sin(α/2)。 α为棱角，δmin为最小偏向角。从该式中看出偏向角变大，则n也增大。其次，从正常色散现象知道频率越高的光，其偏向角越大，那么同一媒质中频率越高，其偏向角越大，又因偏向角越大，对应n也越大，所以折射率将随波长减小(频率增大)而增大。 一般讲的折射率数值都是指对钠黄光(5893埃)的折射率。 光从某媒质进入另一媒质时，由于传播速度变化会引起波长变化，但它的频率是不变的 并非只有透明的物体有折射率，非透明性的物体同样有折射效果。例如抛光的铜镜面。菲涅尔现象便是不透明物体折射现象的反应。 § 常用折射率 折射率—设置折射贴图和光线跟踪所使用的折射率（IOR）。IOR用来控制材质对透射灯光的折射程度。空气的折测定玻璃的折射率射率稍大于1.0，透明对象后面的对象将不发生扭曲。折射率为1.5，后面的对象就会发生严重扭曲，就像玻璃球一样。折射率稍低于1.0，对象就会沿着它的边进行反射，就像从水底下看到的气泡一样。默认设置为1.0。 常用的折射率（假定摄影机在空气或真空中）为： 材质 折射率值 真空 1.0（确切的） 空气 1.0003 水 1.333 玻璃 1.5（清晰的玻璃）到1.7 钻石 2.417 在物理世界中，折射率是由光线穿过眼睛或摄影机所在的透明材质和媒介时的相对速度所产生的。通常它与对象的密度有关；折射率越高，对象的密度就越高。 也可以使用贴图来控制折射率。折射率贴图总是在1.0（空气的折射率）和折射率参数中的设置值之间进行插补。例如，如果折射率设置为3.55并且使用黑白“噪波”来控制折射率，那么在对象上渲染的折射率值将会设置在1.0到3.55之间；该对象看起来就会比空气来的稠密。另一方面，如果折射率设置为0.5，那么同一个贴图值将会在0.5到1.0之间进行渲染，就像摄影机在水底下一样，而且对象看起来要比水稀疏。 以下是多种材质的折射率值： 材质 折射率值汽车贴膜后的折射率 液体二氧化碳 1.200 冰 1.309 丙酮 1.360 普通酒精 1.360 30%的糖溶液 1.380 酒精 1.329 萤石 1.434 熔合的石英 1.460 Calspar 21.486 80%的糖溶液 1.490 玻璃，锌冠 1.517 玻璃，冠 1.520 氯化钠 1.530 氯化钠（食盐） 11.544 聚苯乙烯 1.550 石英 21.553 绿宝石 1.570 轻火石玻璃 1.575 青金石，杂青金石 1.610 黄玉 1.610 二硫化碳 1.630 石英 11.644 氯化钠（食盐） 21.644 重火石玻璃 1.650 二碘甲烷 1.740 红宝石 1.770 蓝宝石 1.770 超重火石玻璃 1.890 水晶 2.000 氧化铬 2.705 氧化铜 2.705 非晶质硒 2.920 碘晶体 3.340 § 参考资料 1.http://zhjyx.hfjy.net.cn/Resource/Book/Edu/JCYGJS/TS004092/0006_ts004092.htm 2.http://oneye.net/showart.asp?art_id=62 |
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