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.
Réfraction, angle critique et réflexion interne totale de la lumière à l'interface de deux médias.
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.
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.
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.
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].
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]
Les métaux couramment utilisés dans les applications optiques comprennent l'aluminium, l'argent et l'or, chacun présentant ses avantages et ses défis distincts. ... Les métaux sont souvent utilisés comme revêtements en couches minces sur les miroirs, les séparateurs de faisceaux et divers composants optiques pour améliorer la réflectivité, filtrer les longueurs d'onde ou fournir des couches protectrices. ... Cependant, il est important de noter que les métaux sont généralement opaques et présentent des pertes élevées de lumière transmise, limitant leur utilisation aux applications réfléchissantes ou basées sur des surfaces. De plus, leurs propriétés optiques peuvent être influencées par des facteurs tels que la rugosité de la surface, l'épaisseur de la couche et l'état d'oxydation, nécessitant un contrôle précis lors de la fabrication et de l'utilisation[14].
Indices de réfraction et Coefficient d'extinction ()[15] de quelques métaux pour trois longueurs d'onde[16],[14]
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[16], selon plusieurs températures[18].
Température (°C)
Longueur d'onde
226,5 nm
589,0 nm
1 013,98 nm
0
1,39450
1,33432
1,32612
20
1,39336
1,33298
1,32524
50
1,38854
1,32937
1,32145
100
1,37547
1,31861
1,31114
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 [19],[20].
↑ a et bLes 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
↑ ab et cLes 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).
↑Sauf exception inscrite dans la colonne λ (nm), les indices sont pris à la raie d de l'hélium à 587,6 nm.
↑Nom du verre dans le catalogue Schott AG, ou indiqué entre parenthèses si différent.
↑Mesuré à la raie d de l'hélium à 587,6 nm, classiquement utilisé dans les pays anglo-saxons.
↑Mesuré à la raie e du mercure à 546,1 nm, classiquement utilisé en Europe.
↑C'est le crown blanc le plus fréquemment utilisé pour les lunettes.
↑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.
↑Nommément, une bouteille de verre pour du Lipton Ice Tea.
↑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.
(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)