絕對折射率與相對折射率
折射率的定義
什麼是折射率？折射率的定義，可以分為以下兩種，絕對折射率與相對折射率：
絕對折射率 (Absolute Refractive Index)
折射率 (Refractive Index) 是真空中光速與介質中光速的比值，亦稱為「絕對折射率」 (Absolute Refractive Index)，也就是：
η = c / v (η 的發音為Eta)
公式中的c 是真空中的光速，v是介質中的光速，這邊說的光速，是指「相速度 (Phase Velocity)」，而不是「群速度 (Group Velocity)」，折射率是以光波的相速度來定義。
所謂相速度，是指光波的某個相位 (比如波峰) 從A點移動到B點的速度。相對於「相速度」，群速度則是指光波通過某固定位置的速度(一個波的完整波長或一個波包的波長，通過該位置所需的時間)。
從下面維基百科的插圖，便能理解相速度跟群速度的差異，紅色點相對於畫面移動，是波的相速度；綠色點固定不動，波通過綠色點的速度稱為群速度。
從以上公式可以獲得以下結論：
絕對折射率高的介質，光在其中的行進速度慢。絕對折射率低的介質，光在其中的行進速度快。
相對折射率 (Relative Refractive Index)
若要描述兩個不是真空介質的折射率相對關係，則可以用「相對折射率」來表示：
η21 = η2 / η1 = v1 / v2
也就是把介質1的絕對折射率當基準，來比較介質2的折射率倍數。
比方說，介質2是折射率為 1.0003 的空氣，而介質1是折射率為1.333的純水，那麼空氣相對於純水的相對折射率就是 1.0003 / 1.333 = 0.75。也就是把介質1的純水折射率當作基準，比較介質2空氣，空氣折射率只有純水的0.75倍。
若是把以上敘述寫成公式，則可以得到：
η21 = η2 / η1 = (c / v2 air) / (c / v1 water) = v1 water / v2 air
絕對折射率的意義
回到前面提到的絕對折射率，我們可以把絕對折射率理解為某介質材料，相對於真空的折射率 (1.0000)，也就是以真空折射率為基準的折射率：
η = η material / η vacuum，分母為真空折射率，也就是 1.0000
或者用光的速度來計算：
η = c / v material
要獲得某介質的折射率，可以用干涉法去量測該介質中的光速 ，然後用真空的光速(299792458 m/s) 除以介質的光速，就能得到介質的絕對折射率了。
市售折射儀的量測結果是什麼？
市面上販售的折射儀，都是測量介質對空氣的相對折射率，單位是 nD。
以純水的折射率來說，市售折射儀測量結果的意義，就是純水對空氣的相對折射率，而且還會隨著測量當下溫度得到不同的結果。純水在溫度20 °C的折射率是1.33336，而在溫度30 °C時，則變成1.33230，40°C時，折射率更小，達到1.33095。
所以在測量、描述氣體跟液體的折射率時，我們通常會加上溫度的考量。液體的標準折射率，通常定義在20°C，而氣體的標準折射率，則是定義在 0°C。
此外，以上提到的折射率數值，是對於中心波長589 nm的鈉燈 (Sodium-vapor lamp) 黃光而言。如果用波長為 632.8 nm的紅光氦氖雷射去照的話，20 °C純水的折射率 1.33211，變小了。如今市售的折射儀，都是以鈉燈作為基礎來測量，即使裡面安裝LED燈，最後也都會換算成鈉燈的結果來顯示。
#折射儀 #折光儀 #折射計 #屈折度計