Dispersioon on valguse murdumisega seotud nähtus. Kuigi see võib esineda mis tahes tüüpi lainete ja mis tahes valguse lainepikkusega, arutatakse seda sageli nähtava valguse suhtes. Hajumine on ju vikerkaaride põhjus!
Dispersiooni määratlus
Dispersioon, mida mõnikord nimetatakse konkreetsemaltkromaatiline dispersioon, tekib siis, kui valguslaine erinevate komponentide kiirused sõltuvad nende komponentide lainepikkustest. Spetsiifilised kromaatilise dispersiooni tüübid on määratletud selle järgi, mis põhjustab kiiruse sõltuvuse lainepikkusest.
Dispersiooni tüübid
Sestmaterjali hajumine, see tähendab, et materjali murdumisnäitaja erineb sõltuvalt lainepikkusest veidi. (Tuletame meelde, et murdumisnäitaja on n = c / v, kuscon valguse kiirus vaakumis javon valguse kiirus antud keskkonnas.)
Kui palju materjal valgust tegelikult hajutab, mõõdetakse parameetriga, mida nimetatakse Abbe'i numbriks. Abbe arvu arvutamiseks peate mõõtma materjalis mitu murdumisnäitajat, mis tulenevad teatud elementide iseloomulikust valgusemissioonist; need valgusemissioonid toimuvad ainult teatud täpsetel lainepikkustel, luues igale spektri lainepikkusele üksikud jooned ja nende joonte muster on iga elemendi jaoks ainulaadne.
Abbe arvu arvutamiseks vajalikud murdumisnäitajad on: sinise indeksFvesinikujoon, kollaneDnaatriumjooned ja vesiniku punane C-joon. Need on kolm erinevat valguse lainepikkust, millel kõigil on keskkonnas erinevad murdumisnäitajad, ja Abbe'i arv keskkonna jaoks arvutatakse järgmise võrrandi abil:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Kui materjalil on madalam Abbe'i arv, hajub see nähtavas spektris rohkem.
Lainejuhtide hajumineon siis, kui valguslaine kiirus lainejuhis sõltub selle sagedusest lainetoru struktuuri geomeetria tõttu. Optilises kius leidub tavaliselt nii materjali kui ka lainepikkust dispersiooni.
Materjali dispersioon toimub keskkonnas erinevate lainepikkustest tulenevate murdumisnäitajate tõttu; lainejuhi dispersioon toimub lainetoru struktuuri tõttu, mis põhjustab erineva lainepikkusega valguse liikumise erineva kiirusega. Teist tüüpi dispersiooni nimetataksepolarisatsioonirežiimi hajumine, kus valguslaine kiirus sõltub selle polarisatsioonist keskkonnas.
Veidi keerulisem dispersioonitüüp ongrupi kiiruse hajumine. Valguslained võivad liikuda "lainepakettides", mida nimetatakse ka "signaalideks" või "impulssideks", ja nende impulsside kiirust nimetatakse grupikiiruseks. Impulsside sees on erineva sagedusega lainekomponendid; grupi kiiruse hajumine toimub siis, kui need komponendid hakkavad eralduma, kuna keskkonnas on erinevad kiirused. Seejärel hakkab pulss "laiali minema", kaotades teavet. Selline signaali halvenemine on optilisi kiude kasutavates optilistes sidesüsteemides suur probleem.
Snelli seadus
Kui palju valgust paindub, kui läheb ühest keskkonnast teise, määrab Snelli seadus. Langusnurga jaoksθija murdumisnurkθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
kusnion vahejuhtumi murdumisnäitaja janron teise keskkonna murdumisnäitaja.
Kui valguslaine liigub keskmise murdumisnäitajaga keskkonnast palju madalama indeksiga, siis a piisavalt suure langemisnurga järgi nõuab Snelli seadus murdumisnurga siinusest suuremat kui 1. See on tehniliselt võimatu ja see tähendab, et valguslaine ei kajastu üldse; tegelikult peegeldub see täielikult kahe meediumi piirist väljas. Seda nimetatakse totaalseks sisemiseks peegelduseks.
Mitmed teadlased avastasid ajaloo jooksul selle seaduse iseseisvalt, sealhulgas Rene Descartes.
Kolmnurksed prisma ja vikerkaar
Materjalide murdumisnäitaja kipub lühema lainepikkusega sinise valguse korral olema suurem ja pikema punase valguse korral madalam. See tähendab, et sinine valgus liigub läbi hajutatava keskkonna aeglasemalt kui punane valgus.
Kui valge valgus langeb näiteks kolmnurksele prismale, põhjustab erinevate lainepikkuste hajumine valguse eraldumise erinevat värvi, tekitades vikerkaare.