Brechungsindex-Rechner

Der Brechungsindex beschreibt die Lichtgeschwindigkeit in einem Material im Vergleich zur Geschwindigkeit im Vakuum. Er ist als Vakuumlichtgeschwindigkeit geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit im Medium definiert. Im Vakuum beträgt er exakt eins, in Luft liegt er sehr nahe bei eins, in Wasser bei etwa 1.33 und in vielen üblichen Gläsern ungefähr zwischen 1.5 und 1.9. Die Werte hängen von Wellenlänge, Temperatur, Zusammensetzung und teils auch der Richtung im Material ab. Beim Übertritt über eine Grenzfläche bleibt die Frequenz eines Lichtstrahls konstant, aber Geschwindigkeit und Wellenlänge ändern sich. Das lenkt den Strahl meist ab. Das Snelliussche Gesetz verbindet Einfalls- und Brechungswinkel: Der erste Index mal Sinus des Einfallswinkels entspricht dem zweiten Index mal Sinus des Brechungswinkels. Beide Winkel müssen vom Lot gemessen werden, einer gedachten Geraden senkrecht zur Grenzfläche, nicht von der Oberfläche selbst. Beim Eintritt in ein Medium mit höherem Index wird Licht zum Lot hin gebrochen, bei niedrigerem Index vom Lot weg. Ein Sonderfall entsteht beim Übergang von einem höheren zu einem niedrigeren Index. Mit wachsendem Einfallswinkel nähert sich der gebrochene Strahl der Grenzfläche. Am Grenzwinkel beträgt der berechnete Brechungswinkel 90 Grad. Darüber liefert das Snelliussche Gesetz keinen reellen Durchgangswinkel mehr, und Totalreflexion tritt auf. Der Grenzwinkel ist der Arkussinus aus niedrigerem Index geteilt durch höheren Index. Ist der erste Index kleiner oder gleich dem zweiten, ist er nicht anwendbar. Totalreflexion führt Licht in Glasfasern, Prismen, Lichtleitern und vielen Sensorsystemen. Die ideale Betrachtung setzt eine ebene Grenzfläche, homogene isotrope Medien und zur Lichtwellenlänge passende Brechungsindizes voraus. Reale Grenzflächen können auch unterhalb des Grenzwinkels einen Teil des Lichts reflektieren, Energie absorbieren, an Rauheiten streuen oder polarisationsabhängige Effekte erzeugen. Der Rechner bestimmt die geometrische Strahlrichtung, berechnet aber weder reflektierte Intensität noch Fresnel-Transmission. Verwende beim Vergleich optischer Entwürfe genaue Materialdaten und einheitliche Wellenlängen. Das Tool eignet sich für Physikaufgaben, Laboraufbauten, Aquarienbetrachtung, Linsensystemprüfungen und erste Überlegungen zur Faseroptik. Bei Präzisionsinstrumenten sind Dispersion, Temperaturänderungen, Beschichtungen und Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen.