फैलाव प्रकाश के अपवर्तन से जुड़ी एक घटना है। यद्यपि यह किसी भी प्रकार की तरंग और प्रकाश की किसी भी तरंग दैर्ध्य के साथ हो सकता है, यह अक्सर दृश्य प्रकाश के संबंध में चर्चा की जाती है। आखिर बिखराव ही है इन्द्रधनुष का कारण!
फैलाव की परिभाषा
फैलाव, कभी-कभी अधिक विशेष रूप से कहा जाता हैरंगीन फैलाव, तब होता है जब प्रकाश तरंग के विभिन्न घटकों के वेग उन घटकों की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करते हैं। विशिष्ट प्रकार के रंगीन फैलाव को परिभाषित किया जाता है जो तरंग दैर्ध्य पर वेग की निर्भरता का कारण बनता है।
फैलाव के प्रकार
के लियेसामग्री फैलाव, इसका मतलब है कि किसी सामग्री में अपवर्तन का सूचकांक तरंग दैर्ध्य के आधार पर थोड़ा भिन्न होता है। (याद रखें कि अपवर्तन का सूचकांक n = c/v है, जहाँसीनिर्वात में प्रकाश की गति है औरवीदिए गए माध्यम में प्रकाश की गति है।)
कोई पदार्थ वास्तव में कितना प्रकाश फैलाता है, इसे एब्बे संख्या नामक पैरामीटर द्वारा मापा जाता है। अब्बे की संख्या की गणना करने के लिए, आपको सामग्री में अपवर्तन के कई सूचकांकों को मापने की आवश्यकता है जो कुछ तत्वों के विशिष्ट प्रकाश उत्सर्जन से आते हैं; ये प्रकाश उत्सर्जन केवल कुछ सटीक तरंग दैर्ध्य पर होता है, स्पेक्ट्रम में उन तरंग दैर्ध्य में से प्रत्येक पर अलग-अलग रेखाएं बनाते हैं, और इन रेखाओं का पैटर्न प्रत्येक तत्व के लिए अद्वितीय होता है।
अब्बे की संख्या की गणना के लिए आवश्यक अपवर्तन के सूचकांक हैं: नीले रंग का सूचकांकएफहाइड्रोजन की रेखा, पीलाघसोडियम की रेखाएँ और हाइड्रोजन की लाल C रेखा। ये प्रकाश की तीन अलग-अलग तरंग दैर्ध्य हैं जो सभी माध्यम में अपवर्तन के अलग-अलग सूचकांक होंगे, और माध्यम के लिए अब्बे की संख्या की गणना निम्न समीकरण का उपयोग करके की जाती है:
v=\frac{n_D-1}{n_F-n_C}
यदि किसी सामग्री में एब्बे की संख्या कम है, तो इसका दृश्य स्पेक्ट्रम पर अधिक फैलाव होगा।
वेवगाइड फैलावतब होता है जब वेवगाइड में प्रकाश तरंग का वेग वेवगाइड की संरचना की ज्यामिति के कारण इसकी आवृत्ति पर निर्भर करता है। एक ऑप्टिकल फाइबर में, सामग्री और वेवगाइड फैलाव दोनों आमतौर पर मौजूद होते हैं।
तरंग दैर्ध्य के आधार पर एक माध्यम में अपवर्तन के विभिन्न सूचकांकों के कारण सामग्री का फैलाव होता है; वेवगाइड फैलाव वेवगाइड की संरचना के कारण होता है जिससे विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश अलग-अलग गति से यात्रा करते हैं। एक अन्य प्रकार के फैलाव को कहा जाता हैध्रुवीकरण मोड फैलाव, जहां एक प्रकाश तरंग की गति माध्यम में उसके ध्रुवीकरण पर निर्भर करती है।
थोड़ा अधिक जटिल प्रकार का फैलाव हैसमूह वेग फैलाव. प्रकाश तरंगें "वेव पैकेट" में यात्रा कर सकती हैं, जिन्हें "सिग्नल" या "पल्स" के रूप में भी जाना जाता है और उन दालों के वेग को समूह वेग कहा जाता है। दालों के भीतर विभिन्न आवृत्तियों के तरंग घटक होते हैं; समूह वेग फैलाव तब होता है जब माध्यम में अलग-अलग वेग होने के कारण ये घटक अलग होने लगते हैं। नाड़ी तब "फैलने" लगती है, जानकारी खो देती है। ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करने वाले ऑप्टिकल संचार प्रणालियों में सिग्नल का यह क्षरण एक बड़ी समस्या है।
स्नेल का नियम
एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर कितना प्रकाश झुकता है यह स्नेल के नियम से निर्धारित होता है। आपतन कोण के लिएθमैंऔर अपवर्तन कोणθआर,
n_i\sin{\theta_i}=n_r\sin{\theta_r}
कहां हैनहींमैंआपतित माध्यम का अपवर्तनांक है औरनहींआरदूसरे माध्यम का अपवर्तनांक है।
यदि एक प्रकाश तरंग उच्च अपवर्तनांक वाले माध्यम से बहुत कम सूचकांक वाले माध्यम से यात्रा करती है, तो a घटना का पर्याप्त कोण, स्नेल के नियम के अनुसार अपवर्तन कोण की ज्या इससे अधिक होनी चाहिए 1. यह तकनीकी रूप से असंभव है, और इसका मतलब है कि प्रकाश तरंग बिल्कुल भी प्रतिबिंबित नहीं होगी; वास्तव में, यह पूरी तरह से दो माध्यमों के बीच की सीमा को प्रतिबिंबित करेगा। इसे पूर्ण आंतरिक परावर्तन कहते हैं।
रेने डेसकार्टेस सहित कई वैज्ञानिकों ने स्वतंत्र रूप से इतिहास के दौरान इस कानून की खोज की।
त्रिकोणीय प्रिज्म और इंद्रधनुष
सामग्री में अपवर्तन का सूचकांक छोटी तरंग दैर्ध्य वाली नीली रोशनी के लिए अधिक और लंबी तरंग दैर्ध्य वाली लाल रोशनी के लिए कम होता है। इसका मतलब है कि नीली रोशनी लाल रोशनी की तुलना में फैलाने वाले माध्यम से अधिक धीमी गति से यात्रा करेगी।
जब एक त्रिकोणीय प्रिज्म पर सफेद प्रकाश की घटना होती है, उदाहरण के लिए, विभिन्न तरंग दैर्ध्य के फैलाव से प्रकाश अलग-अलग रंगों से अलग हो जाता है, जिससे इंद्रधनुष बनता है।