Liste d'indices de réfraction

Cet article dresse une liste d'indices de réfraction pour de nombreux matériaux représentatifs selon leur catégorie (état, usage fréquent dans un domaine, etc.) et étudiés dans la littérature scientifique. Les matériaux sont caractérisés par leur indice de réfraction, mais cette propriété dépend fortement de la longueur d'onde de la lumière. Selon le domaine de transparence des matières, la mesure de leur indice peut se faire à des longueurs d'onde différentes en général standardisées, notamment par les raies de Fraunhofer.

Ces indices dépendent aussi légèrement de la température, de la pression et des contraintes, mais aussi de la composition exacte du matériau (présence d'impuretés, dopants, etc.) ; pour beaucoup de matériaux dans des conditions typiques, ces variations ne représentent cependant que 1 % ou moins[réf. nécessaire].

En général, l'indice de réfraction est un nombre complexe, dont la partie imaginaire indique la force des pertes par absorption. Cette partie est pour ces raisons parfois appelée coefficient d'extinction, noté . De telles pertes peuvent être particulièrement importantes, par exemple pour les métaux aux longueurs d'onde courtes — visible le plus souvent — et doivent être incluses dans la description de l'indice de réfraction.

Réfraction, angle critique et réflexion interne totale de la lumière à l'interface de deux médias.

Cristaux

Les cristaux isotropes ne présentent qu'un seul indice de réfraction, les autres cristaux sont biréfringents : les cristaux uniaxes ont deux indices de réfraction classiquement notés no et ne, les cristaux biaxes ont trois indices de réfraction classiquement notés nx, ny et nz ou nα, nβ et nγ et classés du plus petit au plus grand.

Cristaux isotropes[1],[n 1]
Matériau λ (µm) n
Diamant2,4175
Fluorure de calcium1,433
Fluorure de lithium1,3912
Antimoniure d'indium5,13
Arséniure de gallium4,02
Germanium2,84,052
Sel1,531
Silicium1,553,4777
Cristaux biaxes[2],[n 1]
Matériau λ (µm) nx ny nz
Andalousite1,6291,6331,638
Pucherite2,412,502,51
Massicot2,512,612,71
Orpiment (As2S3)2,42,813,02
Sulfate de calcium1,5701,5751,614
Dioxyde de tellure2,002,182,35
Zircone2,132,192,20
Acide iodique2,372,52,65
Cristaux uniaxes[3],[n 1]
Matériau λ (µm) ne no
Alumine1,75791,7659
Calcite1,4861,658
Vatérite1,651,55
Fluorure de magnésium1,38861,3768
Litharge2,5352,655
Sélénium13,612,79
Rutile2,8722,584
Tellure44,9296,372

Verres

Par verre, il est possible d'entendre tout verre utilisé en cristallerie, pour le vitrage ou encore les verres optiques. À mi-chemin entre le verre et les solides cristallins, il est possible de trouver les vitrocéramiques, dont la structure est un mélange homogène de cristaux (comme les céramiques) et de solide amorphe (comme le verre).

Les verres sont généralement peu biréfringents du fait de leur structure amorphe.

Verres optiques
Indices de réfraction de verres optiques[4],[n 2]
Dénomination[n 3] Type de verre Famille λ (nm) Indice
FK5CrownFluorocrown1,48749
PK2CrownPhosphate crown1,51821
BK7CrownBorosilicate crown1,51680
PSK3CrownPhosphate crown dense1,55232
K5CrownCrown1,52249
ZK1CrownZinc crown1,53315
BaK50CrownBaryum crown1,56774
SK2CrownBaryum crown dense1,60738
SSK4CrownBaryum crown extra dense1,61765
LaK10CrownLanthane crown1,72000
LgSK2CrownCrown long spécial1,58599
TiK1CrownTitane crown1,47869
TiF1FlintTitane flint1,51118
KzFN1FlintFlint court1,55115
KzFSN4FlintFlint court dense1,61340
KF9Crown flint1,52341
LLF6FlintFlint extra léger1,53172
LF5FlintFlint léger1,58144
F2FlintFlint1,62004
SF2FlintFlint dense1,64769
BaLF4FlintBaryum flint léger1,57957
BaF4FlintBaryum flint1,60562
BaSF2FlintBaryum flint dense1,66446
LaFN2FlintLanthane flint1,74400
LaSF30FlintLanthane flint dense1,80318
NbF1FlintNiobium flint1,74330

Verres ophtalmiques

On considère pour les verres ophtalmiques qu'un indice normal est compris entre 1,48 et 1,54, un indice moyen entre 1,54 et 1,64, un indice fort entre 1,64 et 1,74, les indices très forts sont au-delà de 1,74[5]. La principale difficulté dans le développement de verres ophtalmiques est la recherche des indices très forts conciliée avec des densités les plus faibles possibles[6].

Indices de réfraction de verres ophtalmiques
Dénomination nd[n 4] ne[n 5]
15 white[5]1,5231,525
16 white[5]1,6001,604
17 white[5]1,7001,705
18 white[5]1,8021,807
19 white[5]1,8851,892
UV W76[7],[n 6]1,52301,5251
HG weiß 0389[7]1,60061,6040
High Lite[7]1,70101,7064
BaSF 64[7]1,70101,7052
LaSF 36A[7]1,79471,8000
LaSF 39[7]1,88601,8927

Autres verres

Cette section concerne des verres ou solides tout ou partiellement amorphes utilisés en optique, en verrerie, ou encore pour le vitrage.

Verres divers
Désignation Utilisation Type Longueur d'onde Indice
Pyrex[8]VerrerieBorosilicate587,6 nm1,474
Corning 9741[8]Transmission ultravioletteAlcali borosilicate587,6 nm1,47
Verre de germanium[8],[n 7]Transmission infrarougeDioxyde de germanium589,3 nm1,60832
Barr&Stroud BS-39B[8]Transmission infrarougeAluminate de calcium589,3 nm1,6764
Schott IRG 25Transmission infrarouge[8]Verre de chalcogénure Ge28Sb12Se601 µm2,7283
Phare de Toyota Celica & Toyota Corolla[9]Automobile589 nm1,478
Phare de Chevrolet Eurosport[9]Automobile589 nm1,488
Phare de Oldsmobile Cutlass Ciera[9]Automobile589 nm1,488
Écran de télévision[9]589 nm1,49—1,51
Verre de pare-brise[9]Automobile589 nm1,518—1,520
Verre de bouteille[9],[n 8]Verrerie589 nm1,524
Cristal[10],[11]CristallerieVerre flint1,545[n 9]

Polymères

Les polymères sont des matériaux omniprésents dans la plupart des domaines scientifiques et d'ingénierie. L'indice de réfraction est une propriété d'importance dès lors que l'on utilise les plastiques pour des applications optiques.

La faiblesse des plastiques « optiques » vient de la littérature inégale les concernant, souvent moins fournie que celle des verres optiques : les données sont de ce fait moins fournies, moins complètes et peuvent varier d'un fabricant à l'autre, voire entre deux polymères d'un même groupe[12].

Comparativement aux verres, dont les indices sont compris dans une fourchette 1,28—1,95, les plastiques ont des indices plus restreints, de 1,31 à 1,65, leur constringence est par contre comparable, 91 à 20 pour les verres, 92 à 20 pour les plastiques[12].

Quelques indices de réfraction pour les grandes familles de plastiques optiques[13]
Polymère Abréviation λ (nm) Indice
PolytétrafluoroéthylènePTFE589,3 nm1,31—1,32
PolycarbonatePC589,3 nm1,5853—1,586
PolycarbonatePC365,0 nm1,6432
PolycarbonatePC1 014,0 nm1,5672
Styrène-méthacrylate de méthyleNAS486,1 nm1,574
Polystyrène co-méthacrylate de méthyleSMMA589,3 nm1,564
Styrène-acrylonitrileSAN365,0 nm1,6125
Styrène-acrylonitrileSAN589,3 nm1,5673
Styrène-acrylonitrileSAN1 014,0 nm1,5519
Styrène-méthacrylate de méthyleNAS656,3 nm1,558
Poly(méthacrylate de méthyle)PMMA589,3 nm1,4917
Poly(méthacrylate de méthyle)PMMA365,0 nm1,5136
Poly(méthacrylate de méthyle)PMMA1 014,0 nm1,4831
PolyesterPETG589,3 nm1,567
PolyétherimidePEI589,3 nm1,658
PolyétherimidePEI480,0 nm1,687
PolyétherimidePEI643,9 nm1,651
PolystyrènePS589,3 nm1,589—1,5903
PolystyrènePS365,0 nm1,6431
PolystyrènePS1 014,0 nm1,5726

Métaux
Métaux[14]
Métal Énergie (eV) λ (nm) n k

Liquides

On présente dans cette section des données d'indice de réfraction pour l'eau et pour d'autres liquides notables séparément. Des liquides organiques, et des liquides dits « de calibration », extrêmement purs et précisément mesurés, sont présentés.

Eau

Le tableau suivant donne les indices de réfractions pour l'eau.

Indices de réfraction de l'eau pour trois longueurs d'onde[15], selon plusieurs températures[16].
Température (°C)Longueur d'onde
226,5 nm589,0 nm1 013,98 nm
0 1,394501,334321,32612
20 1,393361,332981,32524
50 1,388541,329371,32145
100 1,375471,318611,31114

L'eau, composée de molécules d'hydrogène et d'oxygène, peut être présente sous forme H2O, ou sous la forme d'eau lourde, où l'hydrogène est remplacé par des atomes de deutérium (D2O). La différence d'indice entre l'eau et l'eau lourde est, à 25 °C pour la raie d du sodium (5 893 Å), de [17],[18].

Liquides organiques
Liquides à 20 °C
Matériauλ (nm)nRéférence(s)
Trisulfure d'arsenic (en) et soufre dans le diiodométhane1,9[19]
Benzène589,291,501[20]
Disulfure de carbone589,291,628[20]
Eau589,291,3330[20]
Éthanol589,291,361[20]
Huile de silicone1,52045[21]
Tétrachlorure de carbone589,291,461[20]

Gaz
Quelques indices de réfraction représentatifs
Matériauλ (nm)nRéférence(s)
Atmosphère terrestre à 20 °C et 1 atm589,291,000272[22]
Atmosphère terrestre à 0 °C et 1 atm589,291,000293[20]
Dioxyde de carbone à 0 °C et 1 atm589,291,00045[23],[24],[25]
Hélium à 0 °C et 1 atm589,291,000036[20]
Dihydrogène à 0 °C et 1 atm589,291,000132[20]

Divers
Quelques indices de réfraction représentatifs
Matériau λ (nm) Indice Référence(s)
Vide1par définition
Hélium liquide1,025
Glace1,31
Cornée (humaine)1,373/1,380/1,401[26]
Ambre589,291,55[20]
Sucre, solution à 25 %1,3723[27]
Sucre, solution à 50 %1,4200[27]
Sucre, solution à 75 %1,4774[27]
Larmes587,6 nm1,336[28]

Notes et références
  1. Weber 2002, p. 63-65
  2. Weber 2002, p. 70-74
  3. Weber 2002, p. 66-70
  4. Weber 2002, p. 229
  5. Keirl et Christie 2007, p. 4
  6. Bach et Neuroth 1998, p. 4, 179
  7. Bach et Neuroth 1998, p. 266
  8. Weber 2002, p. 233-234
  9. Identification of glass samples by their refractive index
  10. //books.google.com/books?id=EXJHAgAAQBAJ&dq=réfraction&pg=PA155
  11. //books.google.com/books?id=gCo7AQAAIAAJ&dq=réfraction&pg=PA525
  12. Weber 2002, p. 295
  13. Weber 2002, p. 296,297,300
  14. Weber 2002, p. 315-350
  15. Les longueurs d'onde ont été sélectionnées de manière à donner un point de référence dans chaque domaine du spectre électromagnétique d'intérêt dans l'ultraviolet, le visible et l'infrarouge
  16. Weber 2002, p. 381
  17. Orthohydrogen, Parahydrogen and Heavy Hydrogen sur Google Livres
  18. Refractive index and dispersion of normal and heavy water
  19. [PDF] R. Meyrowitz, A compilation and classification of immersion media of high index of refraction, American Mineralogist 40: 398 (1955)
  20. (en) Optics, 4e éd., Pearson Higher Education, (ISBN 978-0-321-18878-6)
  21. Silicon and Oil Refractive Index Standards
  22. « Engineering Metrology Toolbox », sur emtoolbox.nist.gov (consulté le )
  23. (en) Introduction to Geometrical and Physical Optics, McGraw-Hill Book Company, Inc.,
  24. (en) Handbook of Chemistry and Physics, Chemical Rubber Publishing Co.,
  25. (en) Introduction to Optics, 3e éd., Pearson Prentice Hall, , 622 p. (ISBN 978-0-13-149933-1 et 0-13-149933-5), p. 221
  26. « Refractive index of the human corneal epithelium and stroma », J Refract Surg., vol. 11, no 2,‎ , p. 100–105 (PMID 7634138)
  27. [PDF] (en) « Manual for Sugar solution Prism », Frederiksen, (consulté le )
  28. Keirl et Christie 2007, p. 197

Notes

  1. Les indices relevés ici sont soit mesurés à la lumière du jour, soit à 632,8 nm, longueur d'onde d'un laser He-Ne, à température ambiante. Les exceptions sont relevées dans la colonne λ (µm).
  2. Sauf exception inscrite dans la colonne λ (nm), les indices sont pris à la raie d de l'hélium à 587,6 nm.
  3. Nom du verre dans le catalogue Schott AG, ou indiqué entre parenthèses si différent.
  4. Mesuré à la raie d de l'hélium à 587,6 nm, classiquement utilisé dans les pays anglo-saxons.
  5. Mesuré à la raie e du mercure à 546,1 nm, classiquement utilisé en Europe.
  6. C'est le crown blanc le plus fréquemment utilisé pour les lunettes.
  7. En anglais fused germania par similitude avec le fused silica ou verre de silice dont la structure est similaire. Le verre de germanium et le verre de silice reposent sur la même forme amorphe d'un dioxyde : pour l'un c'est le dioxyde de germanium GeO2, pour l'autre, c'est le dioxyde de silicium SiO2.
  8. Nommément, une bouteille de verre pour du Lipton Ice Tea.
  9. Une convention française a désigné 1,545 comme indice minimal à atteindre pour un verre afin qu'il puisse recevoir l'appellation spécifique de cristal.

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie
  • (en) Marvin J. Weber et al. (préf. Marvin J. Weber), Handbook of Optical Materials, Boca Raton, CRC Press, , 536 p. (ISBN 0-8493-3512-4 et 978-0849335129, présentation en ligne)
  • (en) Andrew Keirl et Caroline Christie, Clinical optics and refraction : A Guide for Optometrists, Contact Lens Opticians and Dispensing Opticians, Elsevier Health Sciences, , 338 p. (lire en ligne)
  • (en) Hans Bach et Norbert Neuroth, The properties of optical glass, Berlin, Springer, , 2e éd., 419 p. (ISBN 3-540-58357-2, lire en ligne)

Liens externes
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