Дисперсията е явление, свързано с пречупването на светлината. Въпреки че може да се случи с всякакъв вид вълна и с всякаква дължина на вълната на светлината, често се обсъжда по отношение на видимата светлина. Все пак разпръскването е причината за дъгите!
Определение за дисперсия
Дисперсия, понякога по-конкретно нареченахроматична дисперсия, възниква, когато скоростите на различни компоненти на светлинната вълна зависят от дължините на вълните на тези компоненти. Специфичните видове хроматична дисперсия се определят от това, което причинява зависимостта на скоростта от дължината на вълната.
Видове дисперсия
Задисперсия на материала, това означава, че индексът на пречупване в даден материал се различава леко в зависимост от дължината на вълната. (Спомнете си, че индексът на пречупване е n = c / v, където° Се скоростта на светлината във вакуум иvе скоростта на светлината в дадената среда.)
Колко материал всъщност разпръсква светлината, се измерва чрез параметър, наречен номер на Абе. За да изчислите броя на Abbe, трябва да измерите няколко показателя на пречупване в материала, които идват от характерните светлинни емисии на определени елементи; тези излъчвания на светлина се случват само при определени точни дължини на вълните, създавайки отделни линии на всяка от тези дължини на вълната в спектъра и моделът на тези линии е уникален за всеки елемент.
Индексите на пречупване, необходими за изчисляване на броя на Абе, са: индексът на синьотоFлиния водород, жълтатадлинии на натрий и червена линия С на водород. Това са три различни дължини на вълната на светлината, които всички ще имат различни показатели на пречупване в средата, а след това числото на Абе за средата се изчислява, като се използва следното уравнение:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Ако материалът има по-нисък номер на Абе, той ще има по-голяма дисперсия по видимия спектър.
Дисперсия на вълноводе, когато скоростта на светлинната вълна във вълновод зависи от неговата честота поради геометрията на структурата на вълновода. В оптичното влакно обикновено присъстват дисперсия на материал и вълновод.
Дисперсията на материала възниква поради различни показатели на пречупване в среда в зависимост от дължината на вълната; дисперсията на вълновод се получава поради структурата на вълновода, караща светлината с различни дължини на вълната да се движи с различна скорост. Нарича се друг вид дисперсиядисперсия в режим на поляризация, където скоростта на светлинната вълна зависи от нейната поляризация в средата.
Малко по-сложен тип дисперсия едисперсия на груповата скорост. Светлинните вълни могат да се движат във „вълнови пакети“, известни също като „сигнали“ или „импулси“, а скоростта на тези импулси се нарича групова скорост. В рамките на импулсите има вълнови компоненти с различни честоти; груповата дисперсия на скоростта възниква, когато тези компоненти започнат да се разделят поради наличието на различни скорости в средата. След това пулсът започва да се „разпространява“, губейки информация. Това влошаване на сигнала е голям проблем в оптичните комуникационни системи, които използват оптични влакна.
Законът на Снел
Колко светлина се огъва при преминаване от една среда в друга се определя от закона на Снел. За ъгъл на паданеθiи ъгъл на пречупванеθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
къдетонiе индексът на пречупване на падащата среда инrе показателят на пречупване на втората среда.
Ако светлинна вълна пътува от среда с висок индекс на пречупване към такава с много по-нисък индекс, с a достатъчно голям ъгъл на падане, законът на Snell изисква синусът на ъгъла на пречупване да бъде по-голям от 1. Това е технически невъзможно и означава, че светлинната вълна изобщо няма да отразява; всъщност тя ще се отрази изцяло извън границата между двете среди. Това се нарича пълно вътрешно отражение.
Няколко учени независимо откриха този закон в течение на историята, включително Рене Декарт.
Триъгълни призми и дъги
Индексът на пречупване в материалите обикновено е по-висок при синя светлина с по-къса дължина на вълната и по-нисък при червена светлина с по-голяма дължина на вълната. Това означава, че синята светлина ще се движи по-бавно през дисперсионна среда, отколкото червената светлина.
Например, когато бяла светлина пада върху триъгълна призма, разпръскването на различните дължини на вълните причинява отделяне на светлината от различен цвят, създавайки дъга.