Měření indexu lomu látky
Index lomu jako konstanta
V nejjednodušším případě – pro průhledné a čiré látky – lze index lomu n považovat za konstantu, vztahující se k celému rozsahu viditelného světla. V tom případě je index lomu vždy větší než 1 a rychlost šíření světla v dané látce v je určena vztahem
kde c je rychlost světla ve vakuu. Takto definovaný index lomu se označuje jako absolutní index lomu.
Pro přechod z prostředí s indexem lomu n1 do prostředí s indexem lomu n2 se často používá relativní index lomu n21, který je definován jako
Pro přechod vlnění opačným směrem je index lomu Pomocí absolutního indexu lomu lze psát
kde v1 je rychlost šíření vln v prvním prostředí (s indexem lomu n1) a v2 je rychlost šíření ve druhém prostředí (s indexem lomu n2).
Na rovinném rozhraní dvou látek s různými indexy lomu dochází k lomu světla dle Snellova zákona.
Absolutní index lomu některých látek je uveden v následující tabulce. Látka index lomu vakuum 1 vzduch 1,0026 led 1,31 voda 1,33 etanol 1,36 glycerol 1,473 sklo 1,5 až 1,9 sůl 1,52 safír 1,77 diamant 2,42
Máme-li dvě prostředí, pak prostředí s větším absolutním indexem lomu se nazývá opticky hustší, a prostředí s menším absolutním indexem lomu se nazývá opticky řidší prostředí. Při přechodu z opticky hustšího prostředí do prostředí opticky řidšího je relativní index lomu menší než jedna. Naopak při přechodu z prostředí opticky řidšího prostředí do prostředí opticky hustšího je relativní index lomu větší než jedna.
Frekvenčně závislý index lomu
Tak jako všechny optické konstanty je i index lomu obecně komplexní funkcí frekvence (resp. vlnové délky), N(ω)=n(ω) + i κ(ω), má tedy reálnou a imaginární část.
Reálná část
Reálná část je zobecněním indexu lomu popsaného v předešlém odstavci. Látky se často vyznačují přítomností několika oblastí průhlednosti v elektromagnetickém spektru; v každé z nich je n téměř konstantní, přičemž tyto konstantní hodnoty rostou směrem k větším vlnovým délkám.
Frekvenčně závislý index lomu také popisuje rychlost šíření světla v látce, avšak navíc je třeba rozlišovat mezi fázovou a grupovou rychlostí: zatímco fázová rychlost popisuje rychlost šíření ploch se stejnou fází vlnění, grupová rychlost se vztahuje k obálce amplitudy, neboli k rychlosti šíření signálu (informace).
Fázová rychlost má hodnotu:
a grupová rychlost je rovna:
(jmenovatel se také označuje pojmem grupový index lomu).
Grupová rychlost nemůže přesáhnout hodnotu c ve shodě s teorií relativity; v opticky čerpaném prostředí (čerpání typu používaného v laserech) však může být záporná. V květnu roku 2006 oznámil tým Univerzity v Rochesteru (USA) vedený Robertem Boydem důkaz záporné grupové rychlosti v časopise Science – experiment prokázal, že se v takovém prostředí světelný puls šíří opravdu pozpátku[1],.[2]
Naproti tomu fázová rychlost, která není spojena s přenosem informace, může nabývat téměř libovolných hodnot, vyšších než c nebo dokonce záporných (viz níže).
Imaginární část
Index absorpce, κ(ω) udává míru útlumu procházejícího záření v dané látce pohlcením (absorpcí). Lze z něj určit např. absorpční délku da(ω) pomocí vztahu
Urazí-li v dané látce záření o úhlové frekvenci ω vzdálenost da, poklesne jeho intenzita na hodnotu 1/e, tj. asi na 37 %.
Literatura
-- Plazor 31. 5. 2010, 09:35 (UTC)