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Brechungsindex

Was ist der Brechungsindex?

Der Brechungsindex beschreibt eine optische Materialeigenschaft, die man auch Brechzahl oder optische Dichte nennt. Diese physikalische Größe ist dimensionslos und gibt an, um welchen Faktor die Wellenlänge und die Phasengeschwindigkeit des Lichtes beim Eintritt in ein Medium kleiner ist als im Vakuum. Der Brechungsindex ist eine der Hauptbestimmungsgrößen für optische Linsensysteme. Die optischen Berechnungsverfahren beruhen darauf, für ein bestimmtes optisches System eine optimale Anordnung das Licht brechender Linsenoberflächen aus passenden Glassorten zu kombinieren. 

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Der Brechungsindex von Stoffen hängt direkt mit dessen atomaren Aufbau, also deren Struktur zusammen. Alle Festkörper haben ein Kristallgitter, wobei dessen Form und Anordnung für den Grad des Brechungsindex ausschlaggebend ist.  Bei sogenannten anisptropen  Materialien können zusätzliche Effekte, wie die Doppelbrechung entstehen, d.h. das Material besitzt unter-schiedliche Brechungsindizes, in Abhängkeit unterschiedlich polarisierten Lichtes. Bei amorphen (gitterlosen Werkstoffen) oder teilkristallinen Stoffen hat der atomare Aufbau dennoch einen deutlichen Einfluss auf den Brechungsindex.

Im Bereich der optischen Gläser erhöht sich zum Beispiel bei Silikatgläsern der Brechungsindex mit deren Materialdichte. So verfügen Bleikristalle mit hoher Dichte auch über einen hohen Brechungsindex. Anzumerken ist, daß die Beziehung zwischen Dichte und Brechungsindex nicht stetig linear verläuft. Man kann eine gewisse Linearität im optischen Verhalten erreichen, indem man den Glassorten Metalloxide zusetzt, wie Litiumoxid, Bleioxid oder Bariumoxid. Damit verändert man den Brechungsindex eines Materials zweckgebunden.  Als Bezugsgröße dient das Vakuum, mit dem Brechnungsindex von 1,0. Im Bereich des sichtbaren Lichts sind die Brechungsindizes größer als 1,0.  Bei nichttransparenten Werkstoffen, wie bei Metallen kann das sichtbare Licht nur wenige Nanometer (nm) eindringen, bei transparenten optischen Medien ist das anders. Die mathematische Theorie der physikalischen Eigenschaften zum Brechnungsindex sind kompliziert und sollen hier keine Erwähnung finden.

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