知識力

❐ 折射率(Index)
折射率(Index)的定義是「光在真空中的速度(c)與光在介質中的速度(v)的比值」，如＜公式一＞所示：

　　公式一

➤光在真空中的速度(c)：稱為「光速」，所謂的「真空(Vacuum)」，是指沒有任何物質(固體、液體或氣體)存在，在地球上我們可以使用一個密封的金屬容器，並且使用「幫浦(Pump)」將容器中的空氣抽出而形成一個真空的容器，基本上太空中就算是一個真空的環境。

➤光速是宇宙中存在最快的速度：光速的大小為3ｘ10⁸公尺／秒，也就是光每秒鐘可以移動3億公尺(30萬公里)，由於地球的赤道總長度約為4萬公里，所以光每秒鐘大約可以繞行地球赤道七圈半，大家可以自行想像一下，那會是多麼快的速度。

➤光在介質中的速度(v)：是指光在「液體或固體」中移動的速度，光可以在液體或固體中移動嗎？答案是，當然可以，我們是不是可以看到魚缸裡的魚在水中游來游去呢？那代表光可以穿透液體(水)，同樣的，魚缸通常是使用玻璃製作，顯然光也可以穿透固體(玻璃)，所以光可以在液體或固體中移動。

❐ 光在介質中的移動
讓我們來思考一個問題，光在「氣體」中移動比較容易，還是在「液體」中移動比較容易，還是在「固體」中移動比較容易呢？我們不妨將自己想像成是光，當你(妳)在人煙稀少的道路上前進比較容易，還是在人潮擁擠的西門町前進比較容易呢？

「氣體」的原子或分子相距很遠(人煙稀少)，所以光在氣體中移動最快；「液體」的原子或分子相距較近，所以光在液體中移動較慢；「固體」的原子或分子相距最近(人潮擁擠)，所以光在固體中移動最慢，換句話說：v(氣體)＞v(液體)＞v(固體)。
 

那麼介質同樣是固體，光在「單晶固體」中移動比較容易，還是在「非晶固體」中移動比較容易？先猜猜看吧！不妨將自己想像成是光，當你(妳)在排列整齊的人群中前進比較容易，還是在排列混亂的人群中前進比較容易呢？「單晶固體」的原子或分子排列整齊，所以光在單晶固體中移動較快；「非晶固體」的原子或分子排列混亂，所以光在非晶固體中移動較慢，換句話說：v(單晶固體)＞v(非晶固體)。
 

值得注意的是，光速是固定不變的常數，由＜公式一＞可以看出，介質的折射率大小，與光在介質中的速度成反比，換句話說，光在介質中的速度(v)愈大(分母愈大)，則介質的折射率(n)愈小(其值愈小)；光在介質中的速度(v)愈小(分母愈小)，則介質的折射率(n)愈大(其值愈大)。
 

由上面的實例可以得到一個結論：光在介質中的速度(v)依次為：v(氣體)＞v(液體)＞v(單晶固體)＞v(非晶固體)；因此，介質的折射率(n)依次為：n(氣體)＜n(液體)＜n(單晶固體)＜n(非晶固體)。科學家經過實驗的量測發現，由於氣體分子或原子相距很遠，對光移動時所造成的影響很小，造成「光在空氣中的速度」和「光在真空中的速度」差不多，所以空氣中的折射率n(空氣)＝1；水的折射率n(水)＝1.33，石英(二氧化矽單晶固體)的折射率n(石英)＝1.46，玻璃(非晶固體)的折射率n(玻璃)＝1.5。

【重要觀念】
➤介質的折射率大小與光在介質中的速度成反比，光在介質中的速度(v)愈大，則介質的折射率(n)愈小；光在介質中的速度(v)愈小，則介質的折射率(n)愈大。
➤光在介質中的速度(v)依次為：v(氣體)＞v(液體)＞v(單晶固體)＞v(非晶固體)。
➤介質的折射率(n)依次為：n(氣體)＜n(液體)＜n(單晶固體)＜n(非晶固體)。

【請注意】上述內容經過適當簡化以適合大眾閱讀，與產業現狀可能會有差異，若您是這個領域的專家想要提供意見，請自行聯絡作者；若有產業與技術問題請參與社群討論。
 

【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「光電科技與新儲存產業，全華圖書公司」。＜我要買書＞