Physik - Kaleidoskop

Brechungsindex 38
Gruppenbrechungsindex
Das Verhältnis der Vakuumlichtgeschwindigkeit und der Gruppengeschwindigkeit des Lichts im Medium ist
der Gruppenbrechungsindex . Diese von der Wellenlänge des Lichts abhängige Materialeigenschaft wird
auch Gruppenbrechzahl genannt.
Die Gruppengeschwindigkeit hat im Vakuum den gleichen Wert, wie die Phasengeschwindigkeit. Zudem ist dieser
Wert unabhängig von der Wellenlänge des Lichts. Im Medium ist das nicht notwendigerweise der Fall. Besonders
bei Wellenlängen, für die das Material große Dispersion zeigt, ergeben sich Unterschiede.
Andere Definitionen
Die Definition des Brechungsindex erfolgte oben über die
Geschwindigkeit, mit der sich Licht im Material ausbreitet. Dieses
Vorgehen ist naheliegend, aber nicht in allen Fällen anwendbar.
Beispielsweise können Meta-Materialien dem geometrischen
Strahlengang nach einen negativen Brechungsindex aufweisen. Eine
negativer Wert der Lichtgeschwindigkeit ist jedoch nicht sinnvoll
definiert.
Alternative Definitionen des Brechungsindex bei denen dieses Problem nicht auftritt, sind:
Brechung
• Über das Fermatsche Prinzip, nach welchem das Licht zwischen zwei Punkten jenen Weg zurücklegt, für den es
einen Extremwert der Zeit benötigt.
• Über das Huygenssche Prinzip, das besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer
Kugelwelle angesehen werden kann und die Interferenz aller dieser Wellen die weiter propagierende Wellenfront
ergibt.
• Über die Strahlenoptik. Nach dem erwähnten Snellius-Brechungsgesetz entspricht n dem Sinus-Verhältnis von
Einfallswinkel und gebrochenem Winkel.
Alle diese Definitionen liefern für gewöhnliche, optische Materialien den selben Wert.
Brechungsindex der Luft und anderer Stoffe
Brechungsindizes für ausgewählte Materialien im Bereich des sichtbaren Lichts
Material Brechungsindex
Vakuum exakt 1
Luft (bodennah) 1,000292
Plasma 0 … 1
Caesium [1] 0,35
n D
(bei 589 nm)
Aerogel 1,007 … 1,24
Eis 1,31
Wasser 1,33
menschl. Augenlinse 1,35 … 1,42