굴절률(refractive index)

광파(光波 : 빛의 파동)가 진행하는 물질을 매질이라고 한다. 매질에는 빈 공간(empty space) · 공기 · 렌즈재료 등이 포함된다.

광파는 자유공간(free space : 진공) 속에서 약 300,000km/s 의 일정한 속도로 진행한다. 렌즈 재료 또는 다른 투명한 매질 속에서 광파는 더욱 느린 속도로 진행한다. 다른 매질 중에서 빛의 속도는 그 매질에 대한 굴절률의 함수로 변화한다.

투명한 매질의 굴절률은 빛에 대한 매질의 “광학적 저항(optical resistance)"의 척도로서, 공기 중에서의 빛의 속도와 매질 속에서의 빛의 속도의 비로서 정의한다. 즉,

예를 들어 광파가 어떤 특정 렌즈 재료를 통해서 200,000km/s의 속도로 진행한다고 하면 그 렌즈에 대한 굴절률은 1,500이다.

광학재료의 굴절률은 관습상 소문자 “n” 으로 표기한다. 공기를 제외하면(공기의 굴절률 n=1), 거의 모든 물체의 굴절률은 1보다 크다. 예를 들어 물의 굴절률은 1.333, 안경렌즈의 굴절률은 1.497 ~ 1.886까지 다양하다(표 참고).

<표> 각종 안경렌즈의 굴절률

렌즈 재료는 굴절률이 크면 클수록 빛의 진행 속도는 더욱 더 느려진다. 실제로 어떤 재료의 굴절률은 파장의 함수로서 약간 변화한다. 이것은 여러 가지 빛의 색깔이 동일한 렌즈 재료 중에서 실제적으로 각각 약간씩 다른 굴절률을 가지고 있음을 의미한다. 이러한 현상은 색분산(chromatic dispersion) 또는 프리즘이나 렌즈에 의해서 백색광을 구성하는 성분의 색깔로 분해하기 때문이다.

색분산은 청색광처럼 더 짧은 색광이 더 긴 파장을 가진 색광보다 투명한 매질을 통해서 더 느리게 진행한다는 사실적 결과이다. 따라서 일반적으로 청색광은 적색광보다 큰 굴절률을 가지고 있다. 그러나 그것은 통상적으로 굴절률이 높은 렌즈재료에 대한 관심사일 뿐이며 색채간의 굴절률차는 훨씬 드라마틱하다.