什么是折射率

光在两介质中传播速率的比值称为折射率. 一般分为相对折射率和绝对折射率. 假若平面电磁波入射到两种均匀的各向同性介质的界面上，从第一种介质入射到界面的波将分成两个波，一股透入第二种介质，方向发生改变，称为折射波. 第二股反射回第一种介质，称为反射波.光波从第一种介质透入第二种介质后方向发生改变的现象称为光的折射. 如图所示，θi ，θt 分别称为入射角和折射角. 以v 1、v 2分别表示光在介质1和2中的速率. 入射线、折射线和界面的法线位于同一平面上，并且有122

1sin sin n v v t i ==θθ，这就是折射定律.n 12是与入射角θi 无关的常数，它的值与光的频率有关. n 12称为由介质1向介质2折射的相对折射率。绝对折射率表示光从真空(或空气)中射入某种媒质时发生偏折程度的数值。常用n 表示。绝对折射率数值等于入射角正弦值与折射角正弦值的比值。或等于真空中的光速与在媒质中的传播速度的比值. 若以n1和n2分别表示介质1和2的绝对折射率，那么折射定律可写为1

2sin sin n n t i =θθ.

折射定律是1621年Snell 首先从实验上建立起来的，所以也称为Snell 定律. 折射率n 与介电常数ε及磁导率μ之间的关系由Maxwell 公式εμ=n 给出.n 与光频率ω的关系称光的色散关系.

对于电导率σ不为零的介质，其折射率应由复折射率n c ＝n-ik 表示，这里n 就是我们前面说的透明介质中的折射率.而k 称为消光系数，它与吸收系数α的关系为α=2ωk/c ，这里c 是真空中的光速.这时n 和k 与介质的σ和ε等的关系可表示为

⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭

⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=14121141212/1222/122ωεπσεωεπσεk n

当光在各向异性的晶体材料中传播时，由于介电常数ε为一个二级张量，由

Fresnel 方程知，对某一给定的波法矢，允许有两个独立的平面波在各向异性介质中传播，这两个波有不同的折射率，不同的相速度和不同的偏振态，而且两个偏振方向互相垂直，这就是双折射现象. 光在各向异性介质中的折射率，可用折射率椭球来形象地描述.

为了更好的理解折射率，我们需要从微观的角度了解折射率的本质。折射率是光在介质中的传播特性，光的本质是电磁波，在光入射时，电磁场引起材料电荷以相同的频率震动，震动的电荷则辐射出相同频率的电磁波，但和入射的电磁波有一定的相位差。因此，光波是入射的电磁波和电荷辐射的电磁波叠加的宏观现象。

根据辐射的电磁波和入射电磁波的相对相位，有以下几种情况：

1.相位差为90°，减缓光波在媒介中的传播，通常和大于1的折射率相关。

2.相位差为270°，加快光波在媒介中的传播，通常和小于1的折射率相关，在金属和等离子体中可以观察到。

3.相位差为180°，严重干扰入射光、减低光强，通常和折射率的虚部有关，表现为吸收。

4.相位差为0°，增强入射光，通常和折射率的虚部有关，表现为与吸收相反。 对于多数材料，其相位差在90°- 180°之间，常需要用折射率和吸收同时表示材料的特性。