Disperze je jev spojený s lomem světla. Ačkoli se to může vyskytnout u jakéhokoli typu vlny a při jakékoli vlnové délce světla, často se o něm diskutuje s ohledem na viditelné světlo. Koneckonců, rozptyl je důvodem pro duhy!
Definice disperze
Disperze, někdy konkrétněji nazývanáchromatická disperze, nastává, když rychlosti různých složek světelné vlny závisí na vlnových délkách těchto složek. Specifické typy chromatické disperze jsou definovány tím, co způsobuje závislost rychlosti na vlnové délce.
Druhy disperze
Prodisperze materiálu, To znamená, že index lomu v materiálu se mírně liší v závislosti na vlnové délce. (Připomeňme, že index lomu je n = c / v, kdeCje rychlost světla ve vakuu aprotije rychlost světla v daném médiu.)
Kolik materiálu skutečně rozptýlí světlo, se měří parametrem zvaným Abbeho číslo. Chcete-li vypočítat Abbovo číslo, musíte změřit několik indexů lomu v materiálu, které pocházejí z charakteristických světelných emisí určitých prvků; tyto světelné emise se vyskytují pouze při určitých přesných vlnových délkách, čímž se vytvářejí jednotlivé čáry na každé z těchto vlnových délek ve spektru a vzor těchto čar je pro každý prvek jedinečný.
Indexy lomu potřebné k výpočtu Abbeho čísla jsou: index modréFlinie vodíku, žlutáDlinie sodíku a červená linie C vodíku. Jedná se o tři různé vlnové délky světla, které budou mít všechny různé indexy lomu média, a Abbeho číslo pro médium se poté vypočítá pomocí následující rovnice:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Pokud má materiál nižší Abbeho číslo, bude mít větší rozptyl ve viditelném spektru.
Vlnovodová disperzeje, když rychlost světelné vlny ve vlnovodu závisí na její frekvenci kvůli geometrii struktury vlnovodu. V optickém vlákně jsou obvykle přítomny jak materiál, tak disperze vlnovodu.
K disperzi materiálu dochází v důsledku různých indexů lomu v médiu v závislosti na vlnové délce; k disperzi vlnovodu dochází v důsledku struktury vlnovodu, která způsobuje, že světlo různých vlnových délek cestuje různými rychlostmi. Nazývá se jiný typ disperzerozptyl polarizačního režimukde rychlost světelné vlny závisí na její polarizaci v médiu.
Trochu složitější typ disperze jeskupinová disperze rychlosti. Světelné vlny mohou cestovat ve „vlnových paketech“, známých také jako „signály“ nebo „impulsy“, a rychlost těchto impulzů se nazývá skupinová rychlost. V impulsech jsou vlnové složky různých frekvencí; skupinová rychlost disperze nastane, když se tyto složky začnou oddělovat kvůli různým rychlostem v médiu. Pulz se poté začne „šířit“ a ztrácí informace. Tato degradace signálu je velkým problémem v optických komunikačních systémech, které používají optická vlákna.
Snellov zákon
Kolik světla se ohne při přechodu z jednoho média do druhého, určuje Snellův zákon. Pro úhel dopaduθia úhel lomuθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
kdenije index lomu dopadajícího média anrje index lomu druhého média.
Pokud se světelná vlna pohybuje ze média s vysokým indexem lomu do prostředí s mnohem nižším indexem, s a dostatečně velký úhel dopadu vyžaduje Snelův zákon, aby sinus úhlu lomu byl větší než 1. To je technicky nemožné a znamená to, že světelná vlna se vůbec neodráží; ve skutečnosti se to zcela odrazí od hranice mezi těmito dvěma médii. Tomu se říká úplná vnitřní reflexe.
Několik vědců nezávisle objevilo tento zákon v průběhu historie, včetně René Descartes.
Trojúhelníkové hranoly a duhy
Index lomu v materiálech má tendenci být vyšší pro modré světlo s kratší vlnovou délkou a nižší pro červené světlo s delší vlnovou délkou. To znamená, že modré světlo bude procházet disperzním médiem pomaleji než červené světlo.
Když například bílé světlo dopadá na trojúhelníkový hranol, rozptýlení různých vlnových délek způsobí oddělení světla jinou barvou a vytvoří duhu.