굴절률

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굴절률(屈折率)은 투명한 매질로 빛이 진행할 때, 광속이 줄어드는 비율을 가리킨다. 진공중에서의 광속을 {c}\,라고 하면 굴절률이 {n}\,인 매질 내에서 빛의 속도는 \,\frac c n으로 줄어든다. 예를 들어 굴절률 1.5인 유리에서의 광속은 \frac c {1.5} = 0.67c이다.

굴절률이 서로 다른 매질의 경계면에서는 빛이 스넬의 법칙에 따라 휘게 되며, 입사각에 따라 일부는 반사하게 된다.

정의[편집]

굴절률 {n}\,위상속도 {c}\,와 물질 내에서의 위상속도 v_{\mathrm ph}\,의 비로 정의된다.

n = \frac{c}{v_{\mathrm ph}}

빛과 매질의 교차[편집]

빛이 입자나 파동으로 생각할 수 있듯, 광학에서는 파동으로 다룬다. 파동은 다른 매질에서 다른 속도로 진행한다. 예를 들어, 물을 통과할때의 속도와 공기를 통과할 때 속도에는 차이가 있다. 빛이 하나의 매질에서 다른 매질로 넘어 통과할 때, 같은 파동이 다른 속도로 진행한다. 이 과정을 다음과 같이 생각할 수 있다. 빛 파동이 투명한 물질로 들어가고 그 물질을 이루는 원자들의 전자들을 여기시킨다. 여기된 전자들은 그 고유의 빛 파동을 방출한다. 원자들 사이에서 빛은 빛의 속도(c = 3 \times 10^8 \mathrm{m/s})로 진행한다. 그러나 유리의 경우, 빛의 속도는 약 2 \times 10^8 \mathrm{m/s}이다.

굴절률은 빛의 전파속도 뿐만이 아니라, 굽힙각(bending angle)과 물질에 의해 전파와 굴절된 양으로 기술된다. 또한 브루스터 각(Brewster angle), 편광이 완전 흡수 될 때의 슬런트 각(slant angle)으로 정의된다.

각 매질로 부터의 빛의 반사되는 양은 접촉면에서의 굴절률 변화의 제곱에 비례한다:

R = \left[ \frac {n_1-n_2}{n_1+n_2} \right]^2

공기와 유리의 굴절률은 각각 n_1 = 1,\ n_2 = 1.5이다. 그러므로 빛의 반사된 양은 약 4% 이다.

같이 보기[편집]

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