Refracción

definición:
Fenómeno en el que un haz de luz cambia de dirección cuando viaja de un medio a otro.

Figura 1: Refracción en la interfaz de dos medios.
Cuando la luz (tal como un haz láser) entra en otro medio isotrópico transparente, su dirección de propagación cambiará (véase la Figura 1). Este fenómeno se llama refracción. Esto se debe a que en el límite entre dos medios, la luz incidente y la luz transmitida necesitan satisfacer las condiciones límite.
Los componentes tangenciales del vector de onda son iguales, de lo contrario la diferencia de fase entre las dos ondas en el límite está relacionada con su posición, y el frente de onda será discontinuo. Debido al hecho de que el tamaño del vector de onda está relacionado con el índice de refracción del medio, las condiciones límite solo se satisfacerán en ciertas direcciones de propagación. La excepción es en el caso de incidencia normal, donde el vector de onda no tiene componente en la interfaz.  
Basándose en la discusión anterior, se puede obtener la ley de Snell:

  

Donde n1 y n2 son los índices de refracción de dos medios. Es obvio que los medios con índice de refracción inferior corresponden a un ángulo mayor entre el haz de luz y el normal.  
La figura 2 es un diagrama dinámico del fenómeno de refracción. Se puede ver que la longitud de onda en el medio a la derecha es más corta (debido a una velocidad de luz más lenta), y el índice de refracción del medio a la derecha es mayor. Y el frente de onda no cambió en la interfaz, solo la dirección cambió. Esto se debe a un cambio en el ángulo de transmisión.  

Figura 2: Diagrama dinámico del fenómeno de refracción. El frente de onda está representado por líneas grises (aquí solo se pueden capturar imágenes estáticas). El cambio en la dirección del frente de onda proviene de la disminución en la velocidad de la luz en el medio del lado derecho.  

Explicación adicional
Si la luz incidente proviene de un medio con un alto índice de refracción y un ángulo de incidente relativamente grande, no todos los ángulos de salida satisfacen la ley de Snell, porque el valor sinusoidal máximo del ángulo de salida es 1. En este caso, es imposible obtener la luz transmitida y se produce una reflexión total.  
En medios no isotrópicos, el índice de refracción está relacionado con la dirección de polarización de la luz. Por lo tanto, el ángulo de refracción también está relacionado con la polarización.  
La refracción se encuentra a menudo en los campos de la óptica fundamental y la fotónica:

1. La refracción se utiliza comúnmente en la mayoría de las lentes ópticas.  
2. Al separar diferentes componentes de longitud de onda en un prisma, es necesario usar efectos refractivos dependientes de la longitud de onda.  
3. Utilizando materiales birefringentes, también se pueden obtener ángulos dependientes de la polarización. Esto se utiliza en algunos polarizadores.  
4. A veces es necesario utilizar fuerzas ópticas relacionadas con el desplazamiento del haz causado por la refracción.  

Los metamateriales fotonicos con índice de refracción negativo producirán efectos de refracción negativos inusuales. En este punto, la luz refractada y la luz incidente están situadas en el mismo lado de la normal.