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El índice de refracción de un medio homogéneo es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio. De forma más precisa, el índice de refracción es el cambio de la fase por unidad de longitud, esto es, el número de onda en el medio (k) será n veces más grande que el número de onda en el vacío (k0).
Se denomina índice de refracción al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio cuyo índice se calcula. Se simboliza con la letra n y se trata de un valor adimensional.
- n = c / v
Donde:
- c: la velocidad de la luz en el vacío
- v: velocidad de la luz en el medio cuyo índice se calcula (agua, vidrio, etc.).
Valores para diferentes materiales
El índice de refracción del aire es de 1,00029 pero para efectos prácticos se considera como 1, ya que la velocidad de la luz en este medio es muy cercana a la del vacío.
Otros ejemplos de índices de refracción para luz amarilla del sodio (λ=589 nm):
| Material | Índice de refracción |
|---|---|
| Vacío | 1 |
| Aire (*) | 1,0002926 |
| Helio (*) | 1,000036 |
| Hidrógeno | 1,000132 |
| Óxido de carbono (IV) | 1,00045 |
| Agua (a 20 °C) | 1,333 |
| Hielo | 1,309 |
| Diamante | 2,417 |
| Acetona | 1,36 |
| Cloroformo | 1,48 |
| Alcohol etílico | 1,361 |
| Acetaldehído | 1,35 |
| Solución de azúcar (30%) | 1,38 |
| 1-butanol (a 20 °C) | 1,399 |
| Glicerina | 1,473 |
| Heptanol (a 25°C) | 1,423 |
| Solución de azúcar (80%) | 1,52 |
| Benceno (a 20°C) | 1,501 |
| Metanol (a 20°C) | 1,329 |
| Cloruro de carbono (IV) | 1,460 |
| Trementina | 1,472 |
| Cuarzo | 1,544 |
| Zircón | 1,923 |
| Vidrio Crown | 1,52 |
| Vidrio Flint ligero | 1,58 |
| Vidrio Flint medio | 1,62 |
| Vidrio Flint denso | 1,66 |
| Fluorita | 1,43 |
| Disulfuro de carbono | 1,6295 |
| Cloruro de sodio | 1,50 |
| Xileno | 1,83 |
| (*) en condiciones normales de presión y temperatura (1 bar y 0 ºC) | |
Índice de refracción efectivo
En una guía de ondas (ej: fibra óptica) el índice de refracción efectivo determina el índice de refracción que experimenta un modo de propagación en razon a su velocidad de grupo. La constante de propagación de un modo que se propaga por una guía de ondas es el índice efectivo por el número de onda del vacío:
Nótese que el índice efectivo no depende sólo de la longitud de onda sino también del modo de propagación de la luz (β). Es por esta razón que también es llamado índice modal.
El índice de refracción efectivo puede ser una cantidad compleja, en cuyo caso la parte imaginaria describiría la ganancia o las pérdidas de la luz confinada en la guía de ondas.
No debe confundirse con la ídea que el índice efectivo es una medida o promedio de la cantidad de luz confinada en el núcleo de la guía de onda. Esta falsa impresión resulta de observar que los modos fundamentales en una fibra óptica tienen un índice modal más cercano al índice de refracción del núcleo.
Aplicaciones
La propiedad refractiva de un material es la propiedad más importante de cualquier sistema óptico que usa refracción. Es un índice inverso que indica el grosor de los lentes según un poder dado, y el poder dispersivo de los prismas. También es usado en la química para determinar la pureza de los químicos y para la renderización de materiales refractantes en los gráficos 3D por computadora.
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