굴절률 (Refractive Index), 굴절각 (Angle of Refraction) 계산

굴절률 (n, Refractive Index)은 진공에서의 빛의 속도와 밀도가 더 높은 두 번째 매질에서의 빛의 속도의 비율로 계산한 값이다. n은 무차원수이다.

즉, 다른 매질의 굴절률은 진공의 굴절률 값 1을 기준으로 정의된다.

 

표 1. 매질에 따른 굴절률

 

진공에서 빛의 속도는 항상 동일하지만, 빛이 다른 매질을 통과할 때 물질의 원자에 의해 지속적으로 흡수되고 재방출되므로 빛은 더 느리게 이동한다.

따라서 물의 굴절률이 1.33이라는 것은 빛이 물에서 보다 진공에서 1.33배 더 빠르게 이동한다는 것을 의미한다.

 

그림 1. 굴절률과 굴절각

 

굴절률이 n1과 n2로 서로 다른 두 매질이 접하고 있을 때, 두 매질을 통과하는 빛의 경로는 매질 1에서 입사각 θ1과 매질 2에서 굴절각 θ2로 서로 다른 값을 가진다.

이를 스넬의 법칙 (Snell’s Law) 이라 하며 아래에 나타내었다.

 

(식 1) n1 * sin θ1 = n2 * sin θ2

 

여기서,

n1, n2 : 매질 1, 2의 굴절률

θ1 : 입사각 (Angle of Incidence)

θ2 : 굴절각 (Angle of Refraction)

이다.

 

n1이 n2 보다 큰 경우 굴절각은 항상 입사각보다 크다. 또는 n2가 n1 보다 큰 경우 굴절각은 항상 입사각보다 작다. 두 굴절률이 같으면 (n1 = n2), 빛은 굴절 없이 통과한다.

 

굴절률1, n1 :

굴절률2, n2 :

입사각, θ1 (degree) :

     

굴절각, θ2 (degree) :