Disperzija je pojava povezana s lomom svjetlosti. Iako se može pojaviti s bilo kojom vrstom vala i s bilo kojom valnom duljinom svjetlosti, o njemu se često raspravlja s obzirom na vidljivu svjetlost. Disperzija je ipak razlog duge!
Definicija disperzije
Disperzija, ponekad konkretnije nazvanakromatska disperzija, nastaje kada brzine različitih komponenata svjetlosnog vala ovise o valnim duljinama tih komponenata. Specifični tipovi kromatske disperzije definirani su onim što uzrokuje ovisnost brzine o valnoj duljini.
Vrste disperzije
Zaraspršivanje materijala, to znači da se indeks loma u materijalu malo razlikuje ovisno o valnoj duljini. (Sjetimo se da je indeks loma n = c / v, gdje jecje brzina svjetlosti u vakuumu ivje brzina svjetlosti u danom mediju.)
Koliko materijal zapravo raspršuje svjetlost, mjeri se parametrom koji se naziva Abbeov broj. Da biste izračunali Abbeov broj, trebate izmjeriti nekoliko indeksa loma u materijalu koji proizlaze iz karakterističnih svjetlosnih emisija određenih elemenata; ove emisije svjetlosti događaju se samo na određenim točnim valnim duljinama, stvarajući pojedinačne linije na svakoj od tih valnih duljina u spektru, a uzorak tih linija jedinstven je za svaki element.
Indeksi loma potrebni za izračunavanje Abbeova broja su: indeks plave bojeFlinija vodika, žutaDlinije natrija i crvena C linija vodika. To su tri različite valne duljine svjetlosti koje će sve imati različite indekse loma u mediju, a Abbeov broj za medij izračunava se pomoću sljedeće jednadžbe:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Ako materijal ima manji Abbeov broj, imat će veću disperziju u vidljivom spektru.
Disperzija valovodaje kada brzina svjetlosnog vala u valovodu ovisi o njegovoj frekvenciji zbog geometrije strukture valovoda. U optičkom vlaknu obično su prisutni i disperzija materijala i valovoda.
Do disperzije materijala dolazi zbog različitih indeksa loma u mediju ovisno o valnoj duljini; disperzija valovoda nastaje zbog strukture valovoda zbog čega svjetlost različitih valnih duljina putuje različitim brzinama. Nazvana je druga vrsta disperzijedisperzija načina polarizacije, pri čemu brzina svjetlosnog vala ovisi o njegovoj polarizaciji u mediju.
Nešto složenija vrsta disperzije jedisperzija brzine grupe. Svjetlosni valovi mogu putovati u "valnim paketima", poznatim i kao "signali" ili "impulsi", a brzina tih impulsa naziva se grupna brzina. Unutar impulsa nalaze se valovne komponente različitih frekvencija; grupna disperzija brzine događa se kad se ove komponente počnu razdvajati zbog različitih brzina u mediju. Puls se tada počinje "širiti", gubeći informacije. Ova degradacija signala veliki je problem u optičkim komunikacijskim sustavima koji koriste optička vlakna.
Snelllov zakon
Koliko se svjetlosti savija pri prelasku iz jednog medija u drugi, određuje Snellov zakon. Za upadni kutθjai kut lomaθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
gdjenjaje indeks loma upadnog medija inrje indeks loma drugog medija.
Ako svjetlosni val putuje iz medija s visokim indeksom loma u onaj s puno nižim indeksom, s dovoljno velik upadni kut, Snellov zakon zahtijeva da sinus kuta loma bude veći od 1. To je tehnički nemoguće, a to znači da se svjetlosni val uopće neće odraziti; zapravo, u potpunosti će se odražavati izvan granice između dva medija. To se naziva totalna unutarnja refleksija.
Nekoliko je znanstvenika tijekom povijesti neovisno otkrilo ovaj zakon, uključujući Renea Descartesa.
Trokutaste prizme i duge
Indeks loma u materijalima obično je veći za plavu svjetlost kraćih valnih duljina i niži za crvenu svjetlost dužih valova. To znači da će plava svjetlost sporije putovati kroz disperzivni medij od crvene svjetlosti.
Na primjer, kada bijela svjetlost pada na trokutastu prizmu, raspršivanje različitih valnih duljina uzrokuje razdvajanje svjetlosti različitim bojama, stvarajući dugu.