目前有和空氣折射率相同的固體材料嗎?

時間 2021-05-31 19:06:53

1樓:橙色貓

有一些很高階的顯示器,會在表面貼一張AR抗反射膜,這AR膜的表面,如果看成是固體材料的話,那麼折射率是接近空氣折射率的。

然而,這實際上這是並不是一種材料,而是一種光學結構,這種結構是模仿蛾眼製作出來的,也有人也稱為「蛾眼膜」。

AR膜的表面布滿很多次微公尺尺度的凸刺。

這些凸刺的直徑從底到頂逐漸縮小,也就是說,凸刺與凸刺間空間的平均密度,隨著凸刺的高度呈現下降,最終在凸刺的末端,即AR膜的表面達到了與空氣非常接近的密度,其折射率與空氣非常接近。

蛾眼表面的放大圖

2樓:看風景的蝸牛君

絕對相同的目前應該是沒有,但我們有很多調節材料折射率的手段。對於折射率大於1的情況來說,相對還是容易的,即通過不同折射率材料的混合來實現,比如實驗中經常用到折射率匹配液,就是一種混合材料。由於空氣折射率只比1大一點點,1.

00029,所以要混合可能只能通過和真空的混合了……比如用透明材料做骨架,在微尺度上製成極薄的泡泡,中間做出空腔抽成真空,相當於密度極小的玻璃氣凝膠?

其實關於折射率調節,是乙個很有意思的問題。而且這個問題其實沒有我們上面所說的表面看起來那麼簡單。

首先就是關於「折射率」的概念,許多同學對「折射率」的印象還停留在中學物理階段,即認為材料折射率恒為大於等於一的正數,實際上這種說法是針對一般常用的透明電介質光學材料而言的,例如各種各樣的玻璃、水或是空氣等等。但實際上,在高等物理階段你就會發現,其實折射率可以是大於等於一的正數,也可以小於一,等於零,或者是負數;高等物理中的折射率甚至不再是乙個實數,而是複數,即 。

感興趣的同學可以參見我之前的回答:

為什麼折射率也是乙個複數?

總結一下就是,一般我們日常所說的「折射率」其實是指複數折射率的實數部分 ,即只考慮光在物質中相速度的變化,而不考慮損耗。這種想法在一般看到的玻璃等材料中問題不大,但在其他材料,諸如金屬中,就會產生極大偏差。例如下圖就是金屬銀的折射率實驗測試結果,其中 和 分別對應折射率的實部與虛部。

除了天然材料各種奇葩的折射率,我們還可以通過不同材料在波長尺度上的空間組合,實現你想要的材料折射率,這就是「光學超材料」的研究課題之一。依靠這種強有力的設計方法,結合變換光學等理論,我們就可以實現隱身斗篷等無比科幻甚至奇幻的設計。

當然了,理想很豐滿但現實很骨感。由於現實世界原材料的複折射率沒那麼理想化,在這種設計中,我們需要反覆斟酌挑選合適的材料,即便如此,我們往往也只能顧一頭兒。比如這個問題你問能否設計出折射率與空氣相同的固體材料,這其中包含兩個部分,乙個是與空氣折射率相同的實部,即等於1.

00029;另乙個是與空氣折射率相同的虛部,即約等於0。我們在設計中,實現 很容易,這意味著材料對光相速度的調節和空氣一致,但往往 很大,吸收很強;要實現 也很容易,比如 比1大不少時,這就是一般的透明光學材料嘛。但要實現 很難,這就像是按下葫蘆浮起瓢……

3樓:dasa

有一種氣凝膠,折射率或許可以做到加二空氣接近。但是意義不大。因為這東西是不透明的。

折射率和密度呈正相關。所以要做到和空氣折射率一樣,就要在密度上下功夫。這目前看還是有難度的。最簡單的思路就是在玻璃類似物中混入特別多的空氣氣泡,但是這樣會嚴重影響yt透明度

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