折射率是描述光在真空中的传播速度与介质中的传播速度的比率。 这是光学中一个非常重要的概念。 折射率用符号n表示，估算公式为：n=c/v，其中c为光在真空中的速度，约为3×10?m/s，v为光在介质中的速度. 不同的介质具有不同的折射率。 例如，水的折射率为1.33，这意味着光在水底的传播速度是真空的1/1.33倍。
折射率决定了折射现象。 当光从一种介质进入另一种介质时，其传播方向会发生变化。 这就是折射现象。 折射现象可以用斯涅尔定理来描述：n?sinθ?=n2sinθ2。 其中 n? 和 n? 分别是两种介质的折射率，θ? 和 θ? 分别是入射角和折射角。 从这个公式可以看出，折射率越大，光在介质中的传播速度越慢，折射角越小。
我们一般认为折射率是一个正实数。 例如，空气的折射率约为1，水的折射率约为1.33，玻璃的折射率约为1.5。 并且，在个别情况下，折射率可能不是正实数，而是复数或正数。 在这种情况下，光学现象会有何不同？ 为什么折射率会有这样的变化？
复折射率
复折射率可表示为：n(ω)=n?(ω)+in?(ω)，其中n?(ω)和n?(ω)均为实函数，ω为光的频率，i为虚数单位。 复折射率表示介质对光的两种影响：色散和吸收。
色散是指光在介质中的传播速度与光的频率有关的现象。 不同频率的光在同一介质中可能具有不同的传播速度，从而导致光的波长和波矢发生变化。 色散可以用复折射率的实部 n?(ω) 来描述。 实部越大，色散越明显。
吸收是光在介质中传播时损失能量的现象。 当光遇到原子或介质中的原子时，会与它们发生相互作用，使光的能量转化为其他形式（如热能）。 吸收可以用复折射率的虚部 n2(ω) 来描述。 虚部越大，吸收越强。
我们可以用一个简单的模型来理解复杂的折射率。 假设一束单色平面电磁波，真空中的电场为：
其中 A 是振幅，ω 是角频率，k 是波矢量。
现在让这束电磁波进入具有复折射率的介质，那么波矢k也将变成一个复数：
. 这样，电场变为：
从公式可以看出，电场的振幅随着x的减小呈指数衰减，这是吸收的疗效。 电场的相位随着x的减小呈线性变化，这是色散的影响。 为此，复折射率的实部n?(ω)决定了光在介质中的相变，即色散； 复折射率的虚部 n2(ω) 决定了光在介质中的振幅衰减，即吸收。
负折射率
据悉，还有一类特殊的人工合成材料光的色散属于光的折射吗，其折射率可以为正数。 这种材料被称为“负折射率材料”或“超材料”。 负折射率是指光在一种介质中的折射率为负，即光从一种介质进入另一种介质时，折射光与入射光位于法线的同一侧光的色散属于光的折射吗，而不是相反侧.
负折射率理论最早由南斯拉夫化学家 于1967年提出，但直到2000年才得到实验验证。光的波长。 通过改变单元的形状、尺寸和排列方式，可以控制材料的电磁特性，使其同时具有负介电常数和磁导率。
负折射率材料具有反向传播、超差分成像、完美透镜、反常色散等许多独特而有用的性质。负折射率材料在电磁波、光学、生物医学等领域具有广阔的应用前景，但仍面临许多技术挑战和研究问题。