臨界角與折射率之間的關係

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引言

折射率與臨界角成正比。當光線從一種介質傳播到另一種介質時，會產生臨界角。這種角度的光線會照射到位於較低折射率介質和另一種介質之間的介面。此時，光線不會在第一種介質中反射。臨界角的極限可以透過特定的公式來測量。

臨界角的特徵

該角度受折射率變化的強烈影響。

折射率可能從第一種介質到第二種介質發生變化。

光線的波長在改變角度的性質方面起著重要作用 (Shahsafi et al. 2018)。

對於較長的波長，臨界角也會相應增加。

臨界角和折射率的必要條件

組成部分	必要條件
臨界角	入射角需要大於另一個角度。 光線需要從稠密介質移動到低密度介質。
折射率	光學基底的密度需要合適。 介質的溫度需要適宜，以便折射率的值可以相應變化。 光線的波長需要成比例。

表1：臨界角和折射率的重要條件

折射率的特徵

圖1：折射率

折射率是一個重要的材料特性。

折射率有助於描述材料對光速的影響過程。

折射率主要用符號n表示 (Grebenikova et al. 2018)。

有時也使用符號μ來表示該折射率的值。

符號v代表光在材料中傳播的速度。

臨界角和折射率的應用

在日常生活中，折射率被廣泛用於測量氣體、固體和液體的值。折射率也用於測量溶質的濃度。一些使用者還發現它有助於區分寶石。

折射率具有顯著且獨特的變彩性 (Danny et al. 2019)。這些特性幫助使用者正確區分各種寶石。與折射率相關的兩個最重要的因素是介質的型別和性質。

折射率的值隨介質的性質而變化。在真空介質中，折射率的值估計為1，而在氦氣中，其值增加到1.000036 (Mammothmemory.net, 2022)。

水作為一種介質，在折射介質中的值為1.30。隨著密度的增加，糖溶液和玻璃的值相應地從水的1.38增加到1.5 (Koutserimpas & Fleury, 2018)。

• 金剛石是密度最高的介質，其值為2.4。根據這些值，可以估計根據介質的變化而變化的折射率。

臨界角被廣泛用於製造光纖通訊。在光空間濾波的情況下，臨界角的應用也很重要 (Niskanen et al. 2019)。在現實生活中，臨界角的知識非常重要且相關，因為它有助於理解反射發生的可能性。關於水-空氣邊界，臨界角的值可以為48.6度。

關於玻璃-水邊界，臨界角的值估計為61.0度。臨界角的一個重要的實際應用是其在收集電訊號中的用途。計算機使用者還使用臨界角來傳輸訊號 (Maurya et al. 2018)。這有助於電子裝置保持連線，因為光線在改變傳播介質時會改變方向。

圖2：臨界角

臨界角的SI單位是度，而折射率沒有SI單位。應用斯涅爾定律是理解臨界角和折射率變化的重要部分。

折射率和臨界角的公式

該公式為θ_crit = sin-1(n_r/n_i)。該公式的結果可以表示為sin^-1(1/1.67) = 1.064rad。

該角度與入射角有關。當光線從密度較小的介質進入密度較大的介質時，其方向會發生變化 (Liu et al. 2019)。還發現光線會向法線方向彎曲。折射率 (n)= 1/(Sin C)

圖3：折射率和臨界角之間的關係

結論

推導折射率和臨界角是一個重要的部分，以便可以分析這兩個組成部分之間的關係。光的考慮與臨界角的概念緊密相連。根據入射角的值，可以確定臨界角的值。

常見問題

Q1. 臨界角取決於哪些因素？

光的波長、折射率的值和介質溫度是這些因素，臨界角的值因這些因素而異。可以透過將臨界角的特性應用於熒光顯微鏡來測量內反射。

Q2. 折射介質組分的指示符號是什麼？

折射率的稠密介質用μb表示，用μa表示該折射率的稀疏介質。折射率的值為900，其中也包括稀疏介質的影響。

Q3. 折射率中的C代表什麼？

折射率C代表光在真空中傳播的速度。介質結構的物理條件也是一個重要部分。

Q4. 溫度與臨界角的關係是什麼？

隨著周圍溫度的升高，臨界角的值也會增加。這種關係也會影響折射率的值。

參考文獻

期刊

Danny, C. G., Raj, M. D., & Sai, V. V. R. (2019). Investigating the refractive index sensitivity of U-bent fiber optic sensors using ray optics. Journal of Lightwave Technology, 38(6), 1580-1588. Retrieved from: https://opg.optica.org

Grebenikova, N. M., Myazin, N. S., Rud, V. Y., & Davydov, R. V. (2018, October). Monitoring of flowing media state by refraction phenomenon. In 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech) (pp. 295-297). IEEE. Retrieved from: https://www.researchgate.net

Koutserimpas, T. T., & Fleury, R. (2018). Electromagnetic waves in a time-periodic medium with step-varying refractive index. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 66(10), 5300-5307. Retrieved from: https://ieeexplore.ieee.org

Liu, S., Deng, Z., Li, J., Wang, J., Huang, N., Cui, R., ... & Tian, J. (2019). Measurement of the refractive index of whole blood and its components for a continuous spectral region. Journal of biomedical optics, 24(3), 035003. Retrieved from: https://www.spiedigitallibrary.org

Maurya, J. B., François, A., & Prajapati, Y. K. (2018). Two-dimensional layered nanomaterial-based one-dimensional photonic crystal refractive index sensor. Sensors, 18(3), 857. Retrieved from: https://www.mdpi.com

Niskanen, I., Suopajärvi, T., Liimatainen, H., Fabritius, T., Heikkilä, R., & Thungström, G. (2019). Determining the complex refractive index of cellulose nanocrystals by the combination of Beer-Lambert and immersion matching methods. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 235, 1-6. Retrieved from: http://jultika.oulu.fi

Shahsafi, A.，Xiao, Y.，Salman, J.，Gundlach, B. S.，Wan, C.，Roney, P. J. & Kats, M. A. (2018)。使用折射率低於1的電介質的中紅外光學。應用物理評論，10(3), 034019。檢索自：https://arxiv.org

網站

Mammothmemory.net (2022)。關於不同的折射率。檢索自：https://mammothmemory.net [檢索日期：2022年6月10日]

Sciencefacts.net (2022)。關於臨界角。檢索自：https://www.sciencefacts.net [檢索日期：2022年6月10日]