Liste d'indices de réfraction

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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 contrainte, 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 k. 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[modifier | modifier le code]

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
Diamant 2,4175
Fluorure de calcium 1,433
Fluorure de lithium 1,3912
Antimoniure d'indium 5,13
Arséniure de gallium 4,02
Germanium 2,8 4,052
Sel 1,531
Silicium 1,55 3,4777
Cristaux biaxes[2],[n 1]
Matériau λ (µm) nx ny nz
Andalousite 1,629 1,633 1,638
Pucherite 2,41 2,50 2,51
Massicot 2,51 2,61 2,71
Orpiment (As2S3) 2,4 2,81 3,02
Sulfate de calcium 1,570 1,575 1,614
Dioxyde de tellure (en) 2,00 2,18 2,35
Zircone 2,13 2,19 2,20
Acide iodique 2,37 2,5 2,65
Cristaux uniaxes[3],[n 1]
Matériau λ (µm) ne no
Alumine 1,7579 1,7659
Calcite 1,486 1,658
Vatérite 1,65 1,55
Fluorure de magnésium 1,3886 1,3768
Litharge 2,535 2,655
Sélénium 1 3,61 2,79
Rutile 2,872 2,584
Tellure 4 4,929 6,372

Verres[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

Indices de réfraction de verres optiques[4],[n 2]
Dénomination[n 3] Type de verre Famille λ (nm) Indice
FK5 Crown Fluorocrown 1,48749
PK2 Crown Phosphate crown 1,51821
BK7 Crown Borosilicate crown 1,51680
PSK3 Crown Phosphate crown dense 1,55232
K5 Crown Crown 1,52249
ZK1 Crown Zinc crown 1,53315
BaK50 Crown Baryum crown 1,56774
SK2 Crown Baryum crown dense 1,60738
SSK4 Crown Baryum crown extra dense 1,61765
LaK10 Crown Lanthane crown 1,72000
LgSK2 Crown Crown long spécial 1,58599
TiK1 Crown Titane crown 1,47869
TiF1 Flint Titane flint 1,51118
KzFN1 Flint Flint court 1,55115
KzFSN4 Flint Flint court dense 1,61340
KF9 Crown flint 1,52341
LLF6 Flint Flint extra léger 1,53172
LF5 Flint Flint léger 1,58144
F2 Flint Flint 1,62004
SF2 Flint Flint dense 1,64769
BaLF4 Flint Baryum flint léger 1,57957
BaF4 Flint Baryum flint 1,60562
BaSF2 Flint Baryum flint dense 1,66446
LaFN2 Flint Lanthane flint 1,74400
LaSF30 Flint Lanthane flint dense 1,80318
NbF1 Flint Niobium flint 1,74330

Verres ophtalmiques[modifier | modifier le code]

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] 1,523 1,525
16 white[5] 1,600 1,604
17 white[5] 1,700 1,705
18 white[5] 1,802 1,807
19 white[5] 1,885 1,892
UV W76[7],[n 6] 1,5230 1,5251
HG weiß 0389[7] 1,6006 1,6040
High Lite[7] 1,7010 1,7064
BaSF 64[7] 1,7010 1,7052
LaSF 36A[7] 1,7947 1,8000
LaSF 39[7] 1,8860 1,8927

Autres verres[modifier | modifier le code]

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] Verrerie Borosilicate 587,6 nm 1,474
Corning 9741[8] Transmission ultraviolette Alcali borosilicate 587,6 nm 1,47
Verre de germanium[8],[n 7] Transmission infrarouge Dioxyde de germanium 589,3 nm 1,60832
Barr&Stroud BS-39B[8] Transmission infrarouge Aluminate de calcium 589,3 nm 1,6764
Schott IRG 25 Transmission infrarouge[8] Verre de chalcogénure Ge28Sb12Se60 1 µm 2,7283
Phare de Toyota Celica & Toyota Corolla[9] Automobile 589 nm 1,478
Phare de Chevrolet Eurosport[9] Automobile 589 nm 1,488
Phare de Oldsmobile Cutlass Ciera[9] Automobile 589 nm 1,488
Ecran de télévision[9] 589 nm 1,49—1,51
Verre de pare-brise[9] Automobile 589 nm 1,518—1,520
Verre de bouteille[9],[n 8] Verrerie 589 nm 1,524
Cristal[10],[11] Cristallerie Verre flint 1,545[n 9]

Polymères[modifier | modifier le code]

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 appplications 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
Polytétrafluoroéthylène PTFE 589,3 nm 1,31—1,32
Polycarbonate PC 589,3 nm 1,5853—1,586
Polycarbonate PC 365,0 nm 1,6432
Polycarbonate PC 1 014,0 nm 1,5672
Styrène-méthacrylate de méthyle NAS 486,1 nm 1,574
Polystyrène co-méthacrylate de méthyle SMMA 589,3 nm 1,564
Styrène-acrylonitrile SAN 365,0 nm 1,6125
Styrène-acrylonitrile SAN 589,3 nm 1,5673
Styrène-acrylonitrile SAN 1 014,0 nm 1,5519
Styrène-méthacrylate de méthyle NAS 656,3 nm 1,558
Poly(méthacrylate de méthyle) PMMA 589,3 nm 1,4917
Poly(méthacrylate de méthyle) PMMA 365,0 nm 1,5136
Poly(méthacrylate de méthyle) PMMA 1 014,0 nm 1,4831
Polyester PETG 589,3 nm 1,567
Polyétherimide PEI 589,3 nm 1,658
Polyétherimide PEI 480,0 nm 1,687
Polyétherimide PEI 643,9 nm 1,651
Polystyrène PS 589,3 nm 1,589—1,5903
Polystyrène PS 365,0 nm 1,6431
Polystyrène PS 1 014,0 nm 1,5726

Métaux[modifier | modifier le code]

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

Liquides[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

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

Indices de réfraction de l'eau pour trois longueurs d'onde[n 10], selon plusieurs températures[15].
Longueur d'onde
Température (°C) 226,5 nm 589,0 nm 1 013,98 nm
0 1,39450 1,33432 1,32612
20 1,39336 1,33336 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 n_{H_2 O}-n_{D_2 O} \times 10^5= 449[16],[17].

Liquides organiques[modifier | modifier le code]

Liquides à 20 °C
Matériau λ (nm) n Référence(s)
Trisulfure d'arsenic (en) et soufre dans le diiodométhane 1,9 [18]
Benzène 589,29 1,501 [19]
Disulfure de carbone 589,29 1,628 [19]
Eau 589,29 1,3330 [19]
Éthanol 589,29 1,361 [19]
Huile de silicone 1,52045 [20]
Tétrachlorure de carbone 589,29 1,461 [19]

Liquides de calibration[modifier | modifier le code]

Gaz[modifier | modifier le code]

Quelques indices de réfraction représentatifs
Matériau λ (nm) n Référence(s)
Atmosphère terrestre dans les CNTP 1,000277
Atmosphère terrestre à °C et 1 atm 589,29 1,000293 [19]
Dioxyde de carbone à °C et 1 atm 589,29 1,00045 [21],[22],[23]
Hélium à °C et 1 atm 589,29 1,000036 [19]
Dihydrogène à °C et 1 atm 589,29 1,000132 [19]

Divers[modifier | modifier le code]

Quelques indices de réfraction représentatifs
Matériau λ (nm) Indice Référence(s)
Vide 1 par définition
Hélium liquide 1,025
Glace 1,31
Cornée (humaine) 1,373/1,380/1,401 [24]
Ambre 589,29 1,55 [19]
Sucre, solution à 25 % 1,3723 [25]
Sucre, solution à 50 % 1,4200 [25]
Sucre, solution à 75 % 1,4774 [25]
Larmes 587,6 nm 1,336 [26]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Weber 2002, p. 63-65
  2. Weber 2002, p. 70-74
  3. Weber 2002, p. 66-70
  4. Weber 2002, p. 229
  5. a, b, c, d, e et f Keirl et Christie 2007, p. 4
  6. Bach et Neuroth 1998, p. 4, 179
  7. a, b, c, d, e et f Bach et Neuroth 1998, p. 266
  8. a, b, c, d et e Weber 2002, p. 233-234
  9. a, b, c, d, e et f Identification of glass samples by their refractive index
  10. http://books.google.com/books?id=EXJHAgAAQBAJ&dq=réfraction&pg=PA155
  11. http://books.google.com/books?id=gCo7AQAAIAAJ&dq=réfraction&pg=PA525
  12. a et b Weber 2002, p. 295
  13. Weber 2002, p. 296,297,300
  14. Weber 2002, p. 315-350
  15. Weber 2002, p. 381
  16. http://books.google.com/books?id=GzE9AAAAIAAJ&pg=PA139
  17. Refractive index and dispersion of normal and heavy water
  18. [PDF] R. Meyrowitz, A compilation and classification of immersion media of high index of refraction, American Mineralogist 40: 398 (1955)
  19. a, b, c, d, e, f, g, h et i (en) Optics, 4e éd., Pearson Higher Education,‎ 18 mars 2003 (ISBN 978-0-321-18878-6)
  20. Silicon and Oil Refractive Index Standards
  21. (en) Introduction to Geometrical and Physical Optics, McGraw-Hill Book Company, Inc.,‎ 1953
  22. (en) Handbook of Chemistry and Physics, Chemical Rubber Publishing Co.,‎ 1957
  23. (en) Introduction to Optics, 3e éd., Pearson Prentice Hall,‎ 2007 (ISBN 0-13-149933-5), p. 221
  24. « Refractive index of the human corneal epithelium and stroma », J Refract Surg., vol. 11, no 2,‎ mars-avril 1995, p. 100–105 (PMID 7634138)
  25. a, b et c [PDF] (en) « Manual for Sugar solution Prism », Frederiksen,‎ 03.08.05 (consulté le 2012-3-21)
  26. Keirl et Christie 2007, p. 197

Notes

  1. a, b et c 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.
  10. Les longueurs d'onde ont été sélectionnées de manière à donner un point de référence dans chaque domaine deu spectre électromagnétique d'intérêt dans l'ultraviolet, le visible et l'infrarouge

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]