Liste d'indices de réfraction

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 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 $k$ . 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.

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 n_o et n_e, les cristaux biaxes ont trois indices de réfraction classiquement notés n_x, n_y et n_z ou n_α, n_β et n_γ 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	n_x	n_y	n_z
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	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)	n_e	n_o
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

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

Indices de réfraction de verres optiques^[4]^,^{[n 2]}
Dénomination^{[n 3]}	Type de verre	Famille	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

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	n_d^{[n 4]}	n_e^{[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

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
Écran 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

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]
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

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 ( $n+ik$ )^[15] de quelques métaux pour trois longueurs d'onde^[16]^,^[14]
Métal	Etat	Condition de mesure et/ou Fiche technique	Commentaire(s)	E_1^re (eV)^[17]	λ (nm) Longueur d'onde						Lien vers source
					226,5 (ultra-violet)		589,0 (visible)		1013,98 (infrarouge)
					$n$	$k$	$n$	$k$	$n$	$k$
Au (or)	Corps simple	n absolue; sous vide	valeurs calculés théoriques (DFT); ±10%	9,23	1,7	1,4	1,1	2,5	0,36	6,4	Werner et al. 2009: DFT calculations: Au
Au (or)	Revêtement optique (couche fine)	n absolue; sous vide; épaisseur 35nm; substrat: SiO2	valeurs mesurées interpolées; à température ambiante	9,23	1,2857	1,4763	0,40245	2,8131	0,31226	6,3523	Ciesielski et al. 2018: Au/SiO2
Cu (cuivre)	Corps simple	n absolue; sous vide	valeurs calculés théoriques (DFT); ±10%	7,73	1,3	1,9	1,2	3,3	0,37	6,6	Werner et al. 2009: DFT calculations: Cu
Ag (argent)	Corps simple	n absolue; sous vide	valeurs calculés théoriques (DFT); ±10%	7,58	1,1	1,5	0,14	3,6	0,32	7,1	Werner et al. 2009: DFT calculations: Ag
Ag (argent)	Revêtement optique (couche fine)	polycristallin; atomiquement lisse; substrat Si/SiO2; n absolue; sous vide	valeurs mesurées interpolées; à température ambiante	7,58	-	-	0,14250	3,7906	0,20191	6,8772	Ferrera et al. 2019: n,k 0.245–1.45 µm; 298 K
Pb (plomb)	Corps simple	n absolue; sous vide	valeurs calculés théoriques (DFT); ±10%	7,42	0,34	2,2	2,8	4,0	1,0	6,0	Werner et al. 2009: DFT calculations: Pb
Fe (fer)	Corps simple	n absolue; sous vide	valeurs calculés théoriques (DFT); ±10%	7,9	1,0	2,0	3,3	3,4	3,2	4,8	Werner et al. 2009: DFT calculations: Fe
Hg (mercure)	Corps simple	liquide; à température ambiante	valeurs mesurées interpolées; à température ambiante	10,44	0,39087	1,5256	1,7513	4,9306	3,9555	7,0142	Inagaki et al. 1981: Optical properties of liquid mercury
Bronze (Cuivre Zinc)	Alliage; 90% Cu, 10% Zn	-	valeurs mesurées interpolées; à température ambiante	-	1,2443	1,3355	0,35900	2,8371	0,32819	6,0715	Querry 1985: Optical constants

Liquides

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
Température (°C)	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, dont les molécules sont composées d'atomes 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 $(n_{H_{2}O}-n_{D_{2}O})\times 10^{5}=449$ ^[19]^,^[20].

Liquides organiques

Liquides à 20 °C
Matériau	λ (nm)	n	Référence(s)
Trisulfure d'arsenic (en) et soufre dans le diiodométhane		1,9	^[21]
Benzène	589,29	1,501	^[22]
Disulfure de carbone	589,29	1,628	^[22]
Eau	589,29	1,3330	^[22]
Éthanol	589,29	1,361	^[22]
Huile de silicone		1,52045	^[23]
Tétrachlorure de carbone	589,29	1,461	^[22]

Liquides de calibration

Gaz

Quelques indices de réfraction représentatifs
Matériau	λ (nm)	n	Référence(s)
Atmosphère terrestre à 20 °C et 1 atm	589,29	1,000272	^[24]
Atmosphère terrestre à 0 °C et 1 atm	589,29	1,000293	^[22]
Dioxyde de carbone à 0 °C et 1 atm	589,29	1,00045	^[25]^,^[26]^,^[27]
Hélium à 0 °C et 1 atm	589,29	1,000036	^[22]
Dihydrogène à 0 °C et 1 atm	589,29	1,000132	^[22]

Divers

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	^[28]
Ambre	589,29	1,55	^[22]
Sucre, solution à 25 %		1,3723	^[29]
Sucre, solution à 50 %		1,4200	^[29]
Sucre, solution à 75 %		1,4774	^[29]
Larmes	587,6 nm	1,336	^[30]

Notes et références

↑ Weber 2002, p. 63-65
↑ Weber 2002, p. 70-74
↑ Weber 2002, p. 66-70
↑ Weber 2002, p. 229
1 2 3 4 5 6 Keirl et Christie 2007, p. 4
↑ Bach et Neuroth 1998, p. 4, 179
1 2 3 4 5 6 Bach et Neuroth 1998, p. 266
1 2 3 4 5 Weber 2002, p. 233-234
1 2 3 4 5 6 Identification of glass samples by their refractive index
↑ //books.google.com/books?id=EXJHAgAAQBAJ&dq=réfraction&pg=PA155
↑ //books.google.com/books?id=gCo7AQAAIAAJ&dq=réfraction&pg=PA525
1 2 Weber 2002, p. 295
↑ Weber 2002, p. 296,297,300
1 2 (en) M. N. Polyanskiy, « Refractive index database » , 2008 (consulté le 21 janvier 2024)
↑ $n+ik$ : Forme complexe de l'indice de réfraction: n = Indice de réfraction (partie réel); k = Coefficient d'extinction (partie imaginaire)
1 2 Les 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
↑ E_1^re : plus basse énergie d'ionisation en électron-volt (Énergie d'ionisation#Valeurs numériques des énergies d'ionisation)
↑ Weber 2002, p. 381
↑ Orthohydrogen, Parahydrogen and Heavy Hydrogen sur Google Livres
↑ Refractive index and dispersion of normal and heavy water
↑ [PDF] R. Meyrowitz, A compilation and classification of immersion media of high index of refraction, American Mineralogist 40: 398 (1955)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 (en) Optics, 4^e éd., Pearson Higher Education, 18 mars 2003 (ISBN 978-0-321-18878-6)
↑ Silicon and Oil Refractive Index Standards
↑ « Engineering Metrology Toolbox », sur emtoolbox.nist.gov (consulté le 4 juin 2016)
↑ (en) Introduction to Geometrical and Physical Optics, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1953
↑ (en) Handbook of Chemistry and Physics, Chemical Rubber Publishing Co., 1957
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↑ « Refractive index of the human corneal epithelium and stroma », J Refract Surg., vol. 11, n^o 2,‎ mars-avril 1995, p. 100–105 (PMID 7634138)
1 2 3 [PDF] (en) « Manual for Sugar solution Prism », Frederiksen, 3 août 5 (consulté le 21 mars 2012)
↑ Keirl et Christie 2007, p. 197

Notes

1 2 3 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).
↑ 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.

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

(en) Marvin J. Weber et al. (préf. Marvin J. Weber), Handbook of Optical Materials, Boca Raton, CRC Press, 24 septembre 2002, 536 p. (ISBN 0-8493-3512-4 et 978-0849335129, présentation en ligne)
(en) Andrew Keirl et Caroline Christie, Clinical optics and refraction : A Guide for Optometrists, Contact Lens Opticians and Dispensing Opticians, Elsevier Health Sciences, 2007, 338 p. (lire en ligne)
(en) Hans Bach et Norbert Neuroth, The properties of optical glass, Berlin, Springer, 1998, 2^e éd., 419 p. (ISBN 3-540-58357-2, lire en ligne)

Liens externes

Portail de la chimie

Portail de l’optique

[Weber_63-65-1] Weber 2002, p. 63-65

[Weber_70-74-3] Weber 2002, p. 70-74

[Weber_66-70-4] Weber 2002, p. 66-70

[Weber_229-5] Weber 2002, p. 229

[clinic_opt_p4-8] 1 2 3 4 5 6 Keirl et Christie 2007, p. 4

[9] Bach et Neuroth 1998, p. 4, 179

[Bach_Neuroth_p266-12] 1 2 3 4 5 6 Bach et Neuroth 1998, p. 266

[Weber_234-14] 1 2 3 4 5 Weber 2002, p. 233-234

[criminalistique-16] 1 2 3 4 5 6 Identification of glass samples by their refractive index

[18] //books.google.com/books?id=EXJHAgAAQBAJ&dq=réfraction&pg=PA155

[19] //books.google.com/books?id=gCo7AQAAIAAJ&dq=réfraction&pg=PA525

[Weber_295-21] 1 2 Weber 2002, p. 295

[Weber_296-300-22] Weber 2002, p. 296,297,300

[:Pol2008-23] 1 2 (en) M. N. Polyanskiy, « Refractive index database » , 2008 (consulté le 21 janvier 2024)

[:expl_ind_refra_complx-24] $n+ik$ : Forme complexe de l'indice de réfraction: n = Indice de réfraction (partie réel); k = Coefficient d'extinction (partie imaginaire)

[:expl_ch_3_lgs_onde-25] 1 2 Les 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

[:expl_E_1re-26] E_1^re : plus basse énergie d'ionisation en électron-volt (Énergie d'ionisation#Valeurs numériques des énergies d'ionisation)

[27] Weber 2002, p. 381

[28] Orthohydrogen, Parahydrogen and Heavy Hydrogen sur Google Livres

[29] Refractive index and dispersion of normal and heavy water

[30] [PDF] R. Meyrowitz, A compilation and classification of immersion media of high index of refraction, American Mineralogist 40: 398 (1955)

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[32] Silicon and Oil Refractive Index Standards

[33] « Engineering Metrology Toolbox », sur emtoolbox.nist.gov (consulté le 4 juin 2016)

[ref4-34] (en) Introduction to Geometrical and Physical Optics, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1953

[ref3-35] (en) Handbook of Chemistry and Physics, Chemical Rubber Publishing Co., 1957

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[37] « Refractive index of the human corneal epithelium and stroma », J Refract Surg., vol. 11, n^o 2,‎ mars-avril 1995, p. 100–105 (PMID 7634138)

[refSugar-38] 1 2 3 [PDF] (en) « Manual for Sugar solution Prism », Frederiksen, 3 août 5 (consulté le 21 mars 2012)

[clinic_opt_p197-39] Keirl et Christie 2007, p. 197

[indice-2] 1 2 3 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).

[6] Sauf exception inscrite dans la colonne λ (nm), les indices sont pris à la raie d de l'hélium à 587,6 nm.

[7] Nom du verre dans le catalogue Schott AG, ou indiqué entre parenthèses si différent.

[10] Mesuré à la raie d de l'hélium à 587,6 nm, classiquement utilisé dans les pays anglo-saxons.

[11] Mesuré à la raie e du mercure à 546,1 nm, classiquement utilisé en Europe.

[13] C'est le crown blanc le plus fréquemment utilisé pour les lunettes.

[15] 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.

[17] Nommément, une bouteille de verre pour du Lipton Ice Tea.

[20] 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.

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