Índice de refracción

Nunha primeira aproximación, pódese dicir que o índice de refracción (n) é unha magnitude física adimensional que relaciona a velocidade da luz nun medio (v) coa que ten no baleiro (c):

n = c/v

Isto é, o índice de refracción vén caracterizar a propagación dunha onda electromagnética nun medio material. Por isto está relacionado tamén coa permitividade eléctrica ε_r e a permeabilidade magnética μ_r mediante a expresión:

$n={\sqrt {\epsilon _{r}\mu _{r}}}$

É, daquela, un factor que dá conta da ralentización que sofre a luz, ou en xeral unha onda electromagnética nun medio.

En medios non absorbentes, toma valores reais superiores ou iguais a 1 (caso do baleiro, e de xeito aproximado tamén de medios coma o aire). Cando se trata de medios absorbentes, toma valores complexos, presentando unha parte imaxinaria (chamada coeficiente de extinción) que dá lugar á atenuación exponencial que sofre a luz ao se propagar por este tipo de medios.

O índice de refracción dun medio é distinto para radiación de diferentes frecuencias de oscilación. Isto é a causa da denominada dispersión cromática, que provoca a deformación do perfil temporal dun pacote de ondas no transcurso do tempo.

Así, cando se considera radiación non monocromática, defínense o índice de fase (n_f) e máis o índice de grupo (n_g), pero tomando como velocidade no medio a velocidade de fase (v_f) e a velocidade de grupo (v_g) respectivamente. O índice e a velocidade de fase son diferentes para cada frecuencia, están asociados a cada onda electromagnética que fai parte dun pacote, mentres que o índice e a velocidade de grupo se definen para forneceren unha medida da ralentización e a velocidade do pacote completo.

Índice de refracción e propiedades materiais

O comportamento do índice de refracción vai dar lugar a distintos fenómenos, que servirán ao tempo para realizar unha clasificación dos medios materiais en termos das súas propiedades ópticas e electromagnéticas.

Cando o índice de refracción permanece invariante ante un desprazamento dun ponto a outro calquera do medio, dise que é homoxéneo.

Ao considerarmos a dirección de propagación dunha onda EM, se o índice é invariante ante a mesma nun ponto calquera do medio, dise que o medio é isótropo, e en caso contrario presentará anisotropía.

No caso de que o índice sexa independente da amplitude da onda, estaremos a falar dun medio lineal, en caso contrario dirase que o medio é non lineal. Esta característica é actualmente un dos asuntos que maior volume de traballo ocupan na actividade investigadora internacional -e tamén no noso país, con varios grupos de investigación das tres universidades dedicados ao seu estudo-, dando lugar á denominada óptica non lineal, e a boa parte da fisíca non lineal.

Hai outras propiedades ópticas e electromagnéticas, algunhas xa comentadas (a absorción, a dispersión cromática) ou como a reflectividade e outras, que se poden analisar tamén a través do comportamento do índice de refracción. De entre elas, ímonos deter para rematar, pola súa importancia histórica tanto científica como tecnolóxica, na refracción.

A refracción consiste na mudanza da traxectoria dun raio (na óptica xeométrica) ou en xeral dun frente de ondas, ao atravesar a fronteira entre dous medios distintos, por un ángulo que ven determinado pola relación entre os índices de refracción dos dous medios. Este ángulo, o ángulo de refracción, obtense mediante a lei de Snell, que relaciona os ángulos de incidencia e refracción a traves dos seus seos e máis dos índices dos medios.