АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Список показателей преломления

Многие материалы имеют хорошо изученный показатель преломления, но эти показатели часто сильно зависят от частоты света. Это явление называется дисперсией света. Стандартные измерения показателя преломления производятся на «жёлтом дублете» линии D натрия с длиной волны 589нанометров.

В общем, показатель преломления — это комплексное число, имеющее как действительную, так и мнимую части, где последняя указывает силу потерь на поглощение на определённой длине волны — таким образом, мнимую часть иногда называют коэффициентом экстинкции . Такие потери становятся особенно значительными, например, в металлах на коротких (например, видимых) длинах волн, и должны быть включены в любое описание показателя преломления.

Преломление на границе раздела
Преломление, критический угол и полное внутреннее отражение света на границе раздела двух сред.

Зависимость от условий

Дисперсия света

Зависимость показателя преломления от длины волны (или частоты), называемая дисперсией, бывает двух основных типов. При нормальной дисперсии показатель преломления увеличивается с ростом частоты света, тогда как аномальная дисперсия наблюдается в областях интенсивного поглощения света веществом и характеризуется уменьшением показателя преломления с ростом частоты[1].

Для описания этой нелинейной зависимости используются эмпирические формулы, такие как уравнение Коши и более точная формула Зельмейера, учитывающая резонансные частоты поглощения[2].

Влияние температуры и давления

Также существуют более слабые зависимости от температуры, давления / напряжения и так далее, а также от точного состава материалов (наличие примесей и так далее); однако для многих материалов и типичных условий эти отклонения находятся на уровне процентов или меньше. Таким образом, особенно важно указать источник для измерения индекса, если требуется точность. Для газов показатель преломления пропорционален их плотности, поэтому он возрастает при увеличении давления и уменьшается при нагревании[3]. Для жидкостей основное влияние на показатель преломления оказывает температура: при нагревании их плотность и показатель преломления снижаются, тогда как влияние давления незначительно[4].

Стандартные условия измерений

Справочные данные показателя преломления обычно приводятся для стандартных условий. Общепринятой стандартной температурой является 20 °C, что обозначается верхним индексом (например, n²⁰D). Буква D в этом обозначении указывает на то, что измерения проводятся на жёлтой D-линии спектра натрия. Эта линия представляет собой дублет с длинами волн 589,0 и 589,6 нм (в качестве среднего значения принимается 589,3 нм). Таким образом, обозначение n²⁰D описывает показатель преломления, измеренный при температуре 20 °C на длине волны 589,3 нм[4][5].

Методы измерения

Для измерения показателя преломления жидкостей и твёрдых тел применяется рефрактометрия — метод, основанный на измерении предельного угла полного внутреннего отражения с помощью рефрактометров (например, рефрактометра Аббе[6]). Поскольку показатель преломления газов очень близок к единице, для его определения используются высокоточные интерферометрические методы. Они позволяют регистрировать сдвиг интерференционных полос при помощи таких приборов, как интерферометр Рэлея, интерферометр Жамена и интерферометр Майкельсона[4][7][8].

Стандартизация

С 1 января 2026 года в России введён в действие национальный стандарт ГОСТ Р 72015-2025 «Оптика и фотоника. Стекло оптическое бесцветное. Физико-химические характеристики», заменивший ГОСТ 13659-78[9]. В справочной литературе для распространённых марок оптического стекла (например, К8) значения показателя преломления часто приводятся по предыдущему стандарту ГОСТ 3514-94 (nD = 1,51680).

Список

Некоторые используемые показатели преломления
Материал λ (нм) Показатель преломления n Источник
Вакуум 1 (по определению)
Воздух при стандартных условиях 1.000273
Газы при 0 °C и 1 бар
Воздух 589.29 1.000293 [10]
Диоксид углерода 589.29 1.00045 [11][12][13]
Гелий 589.29 1.000036
Водород 589.29 1.000132
Жидкости при 20 °C
Сульфид мышьяка(III) и сера в дииодметане 1.9
Сероуглерод 589.29 1.628
Бензол 589.29 1.501
Тетрахлорметан 589.29 1.461
Силиконовые масла (nD25) 589.29 1.393-1.403 [14]
Керосин 589.29 1.44 [15]
Этанол 589.29 1.361
Ацетон 1.36
Вода 589.29 1.333
10 % раствор глюкозы в воде 589.29 1.3477 [16]
20 % раствор глюкозы в воде 589.29 1.3635
60 % раствор глюкозы в воде 589.29 1.4394
Твёрдые тела при комнатной температуре
Карбид кремния (6H-форма) 589.29 2.65 [17]
Оксид титана(IV) (Рутил) 589.29 2.614 [18]
Алмаз 589.29 2.417
Титанат стронция 589.29 2.41
Оксид тантала(V) 589.29 2.15 [19]
Янтарь 589.29 1.55
Хлорид натрия 589.29 1.544 [20]
Кварцевое стекло 589.29 1.458
Оптическое стекло К8 589.29 1.51680
Другие материалы
Жидкий гелий 1.025
Perfluorohexane (Fluorinert FC-72) 1.251 [21]
Вода в виде льда 1.31
Тефлон 1.315
Криолит 1.338
Cytop 1.34
Политетрафторэтилен (Teflon) 1.35-1.38 [22]
Раствор сахара, 25 % 1.3723
Роговица (человека) 1.376 (усреднённый); 1.369—1.401 (по слоям) [23][24]
Хрусталик (человека) 1.386-1.406
Печень (человека) 964 1.369 [25]
Intestinal mucosa (human) 964 1.329-1.338 [26]
Ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) 1.403 [27]
Sylgard 184 (polydimethylsiloxane) 1.4118
Раствор сахара, 50 % 1.4200
Полилактид ~1.5 (аморфный); 1.448—1.499 (300—1300 нм) [28][29]
Боросиликатное стекло 1.470 [30]
Растительное масло 1.47
Глицерин 1.4729
Раствор сахара, 75 % 1.4774
Органическое стекло 1.4893-1.4899
Галит 1.516
Стекло оконное 1.52

[31]

Крон (стекло) 1.50-1.54
PETg 1.57
Полиэтилентерефталат 1.5750
Поликарбонаты 150 1.60
Крон (стекло) 1.485-1.755
Флинт (стекло) 1.60-1.62
Бром 1.661
Флинт (стекло) 1.523-1.925
Сапфир 1.762-1.778
Нитрид бора 2-2.14
Фианит 2.15-2.18
Ниобат калия (KNbO3) 2.28
Оксид цинка 390 2.4
Киноварь (сульфид ртути(II)) 3.02 Двулучепреломление: nω = 2.905 nε = 3.256[32]
Кремний 1200 — 8500 3.42-3.48 [33]
Фосфид галлия 3.5
Арсенид галлия 632.8 (видимый); 1000 (ИК) 3.857; ~3.5 [34]
Германий 3000 — 16000 4.05-4.1 [35]

Примечания

  1. ↑ Дисперсия света. portal.tpu.ru. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  2. ↑ Дисперсия света. studfile.net. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  3. ↑ Показатель преломления газов. studfile.net. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  4. ↑ 1 2 3 Рефрактометрия. tcon.ru. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  5. ↑ КТО ТАКОЙ nD? atago-russia.com. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  6. ↑ Определение показателя преломления. top-technologies.ru. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  7. ↑ Интерферометрические методы измерений. physics42.ru. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  8. ↑ Интерферометр Релея. lab2.phys.spbu.ru. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  9. ↑ ГОСТ Р 72015-2025. Оптика и фотоника. Стекло оптическое бесцветное. Физико-химические характеристики. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  10. ↑ Zajac, Alfred. Optics, Fourth Edit / Alfred Zajac, Eugene Hecht. — Pearson Higher Education, 18 March 2003. — ISBN 978-0-321-18878-6.
  11. ↑ Morgan, Joseph. Introduction to Geometrical and Physical Optics. — McGraw-Hill Book Company, INC., 1953.
  12. ↑ Hodgman, Charles D. Handbook of Chemistry and Physics. — Chemical Rubber Publishing Co., 1947.
  13. ↑ Pedrotti, Frank L. Introduction to Optics, Third Edition / Frank L. Pedrotti, Leno M. Pedrotti. — Pearson Prentice Hall. — ISBN 978-0-13-149933-1.
  14. ↑ Silicone Fluids: Stable and Inert Media. Gelest, Inc (1998). Дата обращения: 23 апреля 2026. Архивировано 27 октября 2020 года.
  15. ↑ Refractive Index of Kerosene. Vedantu. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  16. ↑ CRC Handbook of Physics and Chemistry. — The Chemical Rubber Company. — ISBN 978-0-8493-0482-8.
  17. ↑ Silicon Carbide (SiC) - Optical properties. Ioffe Institute. Дата обращения: 6 июня 2009. Архивировано 31 июля 2020 года.
  18. ↑ Polyanskiy. Optical constants of TiO2 (Titanium dioxide). Refractive Index Database. Дата обращения: 23 апреля 2026. Архивировано 3 марта 2021 года.
  19. ↑ Polyanskiy, Mikhail (2018). “Optical constants of Ta2O5 (Tantalum pentoxide)”. Refractive Index Database. Архивировано из оригинала 2020-07-25. Дата обращения 2026-04-23.
  20. ↑ Serway, Raymond A. College Physics, 6th Edition / Raymond A. Serway, Jerry S. Faughn. — Brooks/Cole, 2003. — ISBN 978-0-03-035114-3.
  21. ↑ Fluorinert Electronic Liquid FC-72 Product Information. Дата обращения: 23 апреля 2026. Архивировано 1 декабря 2019 года.
  22. ↑ French, Roger H. Optical properties of materials for concentrator photovoltaic systems / Roger H. French, J. M. Rodriguez-Parada. — 2009. — ISBN 978-1-4244-2949-3.
  23. ↑ Patel, S (Mar–Apr 1995). “Refractive index of the human corneal epithelium and stroma”. J Refract Surg. 11 (2): 100—105. DOI:10.3928/1081-597X-19950301-09. PMID 7634138.
  24. ↑ Doughty, M. J. (May 2019). “Refractive index of the human cornea: a review”. Ophthalmic Physiol Opt. 39 (3): 155—172. PMID 31064697. Дата обращения 2026-04-23.
  25. ↑ Giannios, P (2016). “Visible to near-infrared refractive properties of freshly-excised human-liver tissues: marking hepatic malignancies”. Sci. Rep. 6: 27910. Bibcode:2016NatSR...627910G. DOI:10.1038/srep27910. PMID 27297034.
  26. ↑ Giannios, P (2016). “Complex refractive index of normal and malignant human colorectal tissue”. J. Biophotonics. 10 (2): 303—310. DOI:10.1002/jbio.201600001. PMID 27091794.
  27. ↑ Wright, S.F., Zadrazil, I. & Markides, C.N. (2017). “A review of solid–fluid selection options for optical-based measurements in single-phase liquid, two-phase liquid–liquid and multiphase solid–liquid flows”. Experiments in Fluids. 58 (9): 108. Bibcode:2017ExFl...58..108W. DOI:10.1007/s00348-017-2386-y.
  28. ↑ Gonçalves, Carla M. B. Poly(Lactic Acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications; Chapter 8: Optical Properties / Carla M. B. Gonçalves, Joa˜o A. P. Coutinho. — ISBN 9780470649848.
  29. ↑ Bodurov. Refractive index of Polylactic acid (PLA). Refractive Index Database. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  30. ↑ Absolute Refractive Index. Materials Teaching Educational Resources. MATTER Project. Дата обращения: 23 апреля 2026. Архивировано 12 октября 2007 года.
  31. ↑ «High temperature glass melt property database for process modeling»; Eds.: Thomas P. Seward III and Terese Vascott; The American Ceramic Society, Westerville, Ohio, 2005, ISBN 1-57498-225-7
  32. ↑ Table of Refractive Indices and Double Refraction of Selected Gems - IGS (англ.). International Gem Society. Дата обращения: 23 апреля 2026. Архивировано 14 февраля 2021 года.
  33. ↑ Silicon. Pmoptics.com. Дата обращения: 23 апреля 2026. Архивировано 31 июля 2020 года.
  34. ↑ Refractive index of GaAs (Aspnes). Refractive Index Database. Дата обращения: 23 апреля 2026.
  35. ↑ Germanium. Pmoptics.com. Дата обращения: 23 апреля 2026. Архивировано 13 марта 2020 года.

Категории