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L'indice de réfraction

L'indice de réfraction (n) d'un milieu est une grandeur optique fondamentale qui caractérise la façon dont la lumière se propage dans ce milieu. Il est défini comme le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide (c) et sa vitesse dans le milieu considéré (v) : n = c/v.

Dans le vide, v = c, donc n=1. Dans tout autre milieu, v < c, donc n > 1. Donnons quelques exemples : air : n ≈ 1,0003 (souvent approché à 1); eau : n ≈ 1,33; verre : n≈1,5 (variable selon le type); diamant : n≈2,42.

L'indice de réfraction varie légèrement avec la couleur (longueur d'onde) de la lumière : c'est ce qui cause la décomposition de la lumière blanche par un prisme (phénomène de dispersion chromatique). En général, n est plus élevé pour le bleu (courtes longueurs d'onde) que pour le rouge (longues longueurs d'onde).

Dans les matériaux diélectriques, n est aussi relié aux propriétés électromagnétiques du milieu : n² = εrμr, où εr (permittivité relative) et μr (perméabilité relative) décrivent la réponse du milieu aux champs électrique et magnétique.

La loi de Snell-Descartes (n1sin⁡θ1 = n2sin⁡θ2) montre que la déviation de la lumière à une interface dépend des indices des deux milieux. Plus n est élevé, plus la lumière est "ralentie" et déviée.

Dans les lentilles et les instruments optiques, la courbure et l'indice de réfraction des matériaux déterminent la focalisation. Dans les fibres optiques, la réflexion totale interne repose sur la différence d'indice de réfraction entre le coeur et la gaine. Dans les dispositifs antireflets, des couches minces à indice intermédiaire réduisent les réflexions parasites.

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