ضریب شکست

{refractive index} [شیمی، فیزیک] نسبت سرعت فاز تابش الکترومغناطیسی در خلأ به سرعت فاز در محیط شفاف

ضریب شکست n یک محیط در نورشناسی، مقیاسی است بدون بعد برای نشان دادن آنکه سرعت نور یا هر پرتو دیگر در آن محیط چه مقدار نسبت به خلأ کاهش می یابد. ضریب شکست چنین تعریف می شود.
که در آن c سرعت نور در خلأ و v سرعت نور در مادهٔ مورد نظر است. به طور مثال، ضریب شکست شیشه در حدود ۱٫۵ است و این بدان معنا است که سرعت نور در شیشه ۰٫۶۷= ( ۱٫۵ ) /۱ برابر سرعت نور در خلأ است.
از نظر تاریخی نخستین جایی که به این پدیده اشاره شد در قانون شکست نور اسنل بود، sinθ۱n۱= sinθ۲n۲، که در آن θ۱ و θ۲ زوایای برخورد پرتو با سطح مشترک دو محیط نوری است. n۱ و n۲ ضرایب شکست این دو محیط هستند.
گاهی به دلیل ضریب شکست بالا یا زاویه تابش زیاد، هنگام تابش از محیط غلیظ به رقیق، به جای این که شکست نور اتفاق بیفتد، نور در محیط غلیظ بازتاب می گردد ( مانند آینه ) که به این پدیده بازتاب کلی گفته می شود. زاویه بروستر که زاویهٔ بحرانی بازتاب کلی است و نیز بازتابندگی یک سطح از کمیت هایی هستند که به ضریب شکست وابسته اند. این موضوع در معادله فرینل توضیح داده شده.
n به صورت ضریب کاهش طول موج و سرعت تابش نسبت به مقدار آن ها در خلاء تعریف می شود. برای یک طول موج خاص در خلأ مانند λ۰، طول موج در محیط تازه λ=λ۰/n خواهد بود. با توجه به این ها نتیجه می گیریم که ضریب شکست خلأ ۱ است. از نظر تاریخی محیط های مرجع دیگری نیز معمول بوده اند ( مانند هوا در فشار و درجهٔ حرارت استاندارد ).
ضریب شکست مواد مختلف در طول موج های متفاوت فرق می کند. به این پدیده پاشش می گویند که منجر به شکافتن نور سفید در منشورها، رنگین کمانها و ابیراهی رنگی ها می شود.
ضریب شکست منفی به طور معمول در مواد طبیعی وجود ندارد، ولی در بعضی فرامواد این خاصیت دیده می شود. ضریب شکست منفی زمانی به وجود می آید که ثابت گذردهی خلاء ε و تراوایی مغناطیسی μ ماده در یک فرکانس مشخص به طور همزمان منفی باشند.

ضَریب شکست (refractive index)
ضَریب شکست
معیاری برای شکست پرتو نور، گذار آن از یک محیط شفاف به محیطی دیگر. اگر زوایۀ تابش را در محیط اول باi و زاویۀ شکست را در محیط دوم با r نشان دهیم، نسبت بین ضریب شکست های این دو محیط چنین است:(فرمول ۱) همچنین، این ضریب برابر با حاصل تقسیم سرعت انتشار نور در محیط دوم به سرعت نور در محیط اول است که مقدار آن با تغییر طول موج نور تغییر می کند.فرمول ۱:

نسبت سرعت فاز تابش الکترومغناطیسی در خلأ به سرعت فاز در محیط شفاف.

💡 تغییر در ضریب شکست به صورت نوعی کوچک است. با اینحال اگر طول انتشار به‌طور قابل توجهی از طول موج نور بیشتر شود، فاز یک موج اپتیکی در حال انتشار در یک محیط الکترواپتیکی می‌تواند تغییر کند. به عنوان مثال، اگر ضریب شکست در حضور میدان الکتریکی با ضریب

💡 اساس نوروصوت‌شناسی، تغییر ضریب شکست به خاطر حضور موج صوتی در ماده‌است. موج صوتی یک شبکهٔ ضریب شکست در ماده به وجود می‌آورد و این شبکه توسط موج نوری «دیده» می‌شود. تغییر ضریب شکست که به خاطر نوسان فشار ایجاد شده، به وسیله آثار شکست نور، بازتاب نور، تداخل و پراش قابل شناسایی است.

💡 هرچه از سطح زمین به ارتفاعات می‌رویم، فشار هوا و چگالی کاهش می‌یابد. مجموع جرم جو زمین ۱۰۱۸×۵٫۵ کیلوگرم است. بخشی از نور خورشید در جو پراکنده می‌شود. نور خورشید دارای طیف‌های الکترومغناطیسی مختلفی است که یکی از آن‌ها طیف مرئی است که چشم انسان قادر به تشخیص آن است. ضریب شکست هوا ۱٫۰۰۰۲۹ است.

💡 استفاده از هلیوم به دلیل ضریب شکست بسیار پایین، اثرات تحریف کننده تغییرات دما در فضای بین لنزها را در بعضی از تلسکوپ‌ها کاهش می‌دهد. این روش به ویژه در تلسکوپ‌های خورشیدی که در آن لوله تلسکوپ خلاء خیلی سنگین است استفاده می‌شود.

💡 از نظر فضایی، یک پرتو شدید نور در یک محیط، یک تغییر در ضریب شکست محیط را تولید خواهد کرد که الگوی شدت عرضی پرتو را تقلید خواهد کرد. برای نمونه، یک پرتو گوسی در نتیجه یک پروفایل ضریب شکست گوسین، شبیه به لنزهای با ضریب شکست متغیر می‌باشد. این باسث می‌شود تا چرتو خودش را متمرکز کند که این پدیده، خود کانونی نامیده می‌شود.