屈折率と屈折角について

質問

ある試料の空気との屈折率が１．５１と公表されています。
　この試料に光を入射して、入射角を変化させていくと屈折率は変化しますか？
　また、入射角から屈折角は計算で出ますか？

回答No.4

nzw

サファイアのように屈折率が入射角に依存する様な物質もあるのですが、ガラスの場合は角度依存性はありません。
　透過率、正確には外部透過率は、

（外部透過率）＝（（入射光強度）ー（反射光強度）ー（内部で吸収される強度））／（入射光強度）

で与えられます。吸収が０でも反射光がある限り外部透過率は０になりません。反射光強度は、基本的にはフレネルの式で計算できます。フレネルの式には、入射角と屈折角が含まれるため、反射光強度は入射角依存性をもちます。つまり、外部透過率も入射角依存性を持ちます。

　若干注意が必要なのは、ガラスのように透明な媒体では、下側の界面まで到達する光が多く、そこで反射された光が表側に帰ってくる成分を無視できないということです。つまり、表面反射だけでなく、裏面反射を考慮する必要があります。そのため、反射光強度はフレネルの式一回分では計算できず、最低でも２回分計算する必要があります。場合によっては、裏面反射が再度表面で反射されるといった多重反射を考える必要もあります。
　また、試料が薄い場合には、光の干渉効果が生じますので、その影響を考慮する必要がある場合もあります。mmのオーダーの試料であれば、通常干渉効果は生じませんが、ミクロンオーダーの試料の場合では通常生じます。

　このように、透過率や反射率を計算するには、ある程度の系統だった知識が必要です。それを得るには、一度きちんとした本で学習されることを強くおすすめいたします。光学関連の教科書の定番といえば、
ヘクト　光学I～III
http://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/book_data/search/4621073486.html
ですが、これから光学をしっかりやっていく人以外には、ちょっと分量が多すぎるかもしれません。これ以外にも、『光学』というタイトルの本はいくつも出ていますので本屋や通販サイトで探してみてください。なお、光学でも『量子光学』はこれらの内容に触れないのが通例ですので、除外して探されるのがいいでしょう。

　『光学』以外の教科書で、反射率等の話が詳しく載っている本としては、『薄膜』関連の教科書がお勧めです。
例えば、
http://www.amazon.co.jp/%E5%85%89%E5%AD%A6%E8%96%84%E8%86%9C%E3%81%AE%E5%9F%BA%E7%A4%8E%E7%90%86%E8%AB%96%E2%80%95%E3%83%95%E3%83%AC%E3%83%8D%E3%83%AB%E4%BF%82%E6%95%B0%E3%80%81%E7%89%B9%E6%80%A7%E3%83%9E%E3%83%88%E3%83%AA%E3%82%AF%E3%82%B9-%E5%B0%8F%E6%AA%9C%E5%B1%B1-%E5%85%89%E4%BF%A1/dp/4900474967/ref=sr_1_5?ie=UTF8&s=books&qid=1259587688&sr=8-5
など。

　なお、入射角と屈折率と屈折角の関係は、高校物理の範疇です。したがって、この部分を理解できていないのならば、高校の物理の参考書を読んでみて下さい。

回答No.3

sanori

再びお邪魔します。
Ｎｏ．１様への補足が気になりましたが、
「吸収がない」＝「透過率１００％」
ですよ。

もしかしたら、反射する割合や全反射の話と混同されていませんか？

回答No.2

sanori

こんにちは。

＞＞＞屈折率は変化しますか？

屈折率は「光の遅さ」（光の速さに逆比例）を示す物性値ですので、入射角がどうであろうと変わらないと考えてください。

＞＞＞また、入射角から屈折角は計算で出ますか？

はい。
sin(入射角)／sin(屈折角)　＝　１．５１
なので、
屈折角　＝　arcsin（sin(入射角)÷１．５１）
となります。

ご参考になりましたら幸いです。

回答No.1

BookerL

入射角を変えても屈折率は変化しません。

　入射角から屈折角を求める計算は

sinｒ＝sinｉ/ｎ

から求めます。ｒ：屈折角、ｉ：入射角、ｎ：屈折率　です。

補足

回答ありがとうございます。
もしも、ご存知でしたら以下の質問にもお答え願いませんでしょうか。
透過率（光の吸収がない場合）は屈折率から算出できると聞きました。
入射角を変えても屈折率が変化しないということは、透過率も変化しないということになりますか？