Hajonta on ilmiö, joka liittyy valon taittumiseen. Vaikka sitä voi esiintyä minkä tahansa tyyppisen aallon ja minkä tahansa valon aallonpituuden kanssa, siitä keskustellaan usein näkyvän valon suhteen. Leviäminen on loppujen lopuksi sateenkaarien syy!
Määritelmä Hajonta
Hajonta, joskus tarkemmin kutsuttukromaattinen dispersio, tapahtuu, kun valoaallon eri komponenttien nopeudet riippuvat näiden komponenttien aallonpituuksista. Kromaattisen dispersion erityistyypit määritellään sillä, mikä aiheuttaa nopeuden riippuvuuden aallonpituudesta.
Dispersiotyypit
Sillämateriaalin dispersio, tämä tarkoittaa, että materiaalin taitekerroin eroaa hieman aallonpituudesta riippuen. (Muistathan, että taitekerroin on n = c / v, missäcon valon nopeus tyhjiössä javon valon nopeus annetussa väliaineessa.)
Kuinka paljon materiaali todella hajottaa valoa, mitataan parametrilla nimeltä Abben numero. Abben lukumäärän laskemiseksi sinun on mitattava useita materiaalin taitekertoimia, jotka johtuvat tiettyjen alkuaineiden tunnusomaisista valopäästöistä; nämä valopäästöt tapahtuvat vain tietyillä tarkoilla aallonpituuksilla, mikä luo yksittäisiä viivoja kullekin näistä spektrin aallonpituuksista, ja näiden viivojen kuvio on ainutlaatuinen kullekin elementille.
Abbe-luvun laskemiseen tarvittavat taitekertoimet ovat: sinisen indeksiFrivi vetyä, keltainenD.natriumlinjat ja punainen vetylinja. Nämä ovat kolme erilaista valon aallonpituutta, joilla kaikilla on erilaiset taittumisindeksit väliaineessa, ja Abbeen numero väliaineelle lasketaan sitten seuraavalla yhtälöllä:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Jos materiaalilla on pienempi Abben numero, se hajoaa enemmän näkyvän spektrin yli.
Aaltoputken dispersioon silloin, kun valoaallon nopeus aaltojohdossa riippuu sen taajuudesta aaltojohtimen rakenteen geometrian vuoksi. Optisessa kuidussa on yleensä läsnä sekä materiaalia että aaltojohtodispersiota.
Materiaalin dispersio tapahtuu aallonpituudesta riippuen erilaisissa taittumisindekseissä väliaineessa; aaltojohdon hajonta tapahtuu aaltojohtimen rakenteen vuoksi, mikä saa eri aallonpituuksien valon kulkemaan eri nopeuksilla. Toista dispersiotyyppiä kutsutaanpolarisaatiotilan hajonta, jossa valoaallon nopeus riippuu sen polarisaatiosta väliaineessa.
Hieman monimutkaisempi dispersiotyyppi onryhmän nopeuden hajonta. Valoaallot voivat kulkea "aaltopaketeissa", jotka tunnetaan myös nimellä "signaalit" tai "pulssit", ja näiden pulssien nopeutta kutsutaan ryhmänopeudeksi. Pulssien sisällä on eri taajuuksien aaltokomponentteja; Ryhmänopeusdispersio tapahtuu, kun nämä komponentit alkavat erota johtuen erilaisista nopeuksista väliaineessa. Pulssi alkaa sitten "levitä", menettää tietoa. Tämä signaalin heikkeneminen on suuri ongelma optisia kuituja käyttävissä optisissa viestintäjärjestelmissä.
Snellin laki
Kuinka paljon valoa taipuu kulkiessaan väliaineesta toiseen, määrää Snellin laki. Tulokulmastaθija taittokulmaθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
missänion tapahtumaväliaineen taitekerroin janron toisen väliaineen taitekerroin.
Jos valoaalto kulkee väliaineelta, jolla on korkea taitekerroin, tilaan, jolla on paljon matalampi indeksi, a riittävän suuri tulokulma, Snellin laki edellyttää, että taitekulman sini on suurempi kuin 1. Tämä on teknisesti mahdotonta, ja se tarkoittaa, että valoaalto ei heijastu ollenkaan; itse asiassa se heijastuu kokonaan kahden median välisestä rajasta. Tätä kutsutaan täydelliseksi sisäiseksi heijastukseksi.
Useat tutkijat löysivät tämän lain itsenäisesti historian aikana, mukaan lukien Rene Descartes.
Kolmikulmaiset prismat ja sateenkaaret
Materiaalien taitekerroin on yleensä korkeampi lyhyemmällä aallonpituudella olevalla sinisellä valolla ja pienempi pitemmän aallonpituuden punaisella valolla. Tämä tarkoittaa, että sininen valo kulkee hitaammin dispergointivälineen läpi kuin punainen valo.
Kun valkoinen valo sattuu esimerkiksi kolmion prismaan, eri aallonpituuksien hajaantuminen aiheuttaa valon erottamisen eri väreillä, mikä luo sateenkaaren.