A diszperzió a fény fénytörésével járó jelenség. Bár előfordulhat bármilyen típusú hullámnál és bármilyen hullámhosszú fénynél, gyakran a látható fény vonatkozásában vitatják meg. Végül is a diszperzió az oka a szivárványoknak!
A diszperzió meghatározása
Szétszórtság, néha pontosabban nevezikkromatikus diszperzió, akkor fordul elő, amikor a fényhullám különböző komponenseinek sebessége függ az adott komponensek hullámhosszától. A kromatikus diszperzió meghatározott típusait az határozza meg, hogy mi okozza a sebesség hullámhossztól való függését.
A diszperzió típusai
Mertanyag diszperzió, ez azt jelenti, hogy az anyag törésmutatója kissé eltér a hullámhossztól függően. (Emlékezzünk vissza, hogy a törésmutató n = c / v, aholca fény sebessége vákuumban ésva fény sebessége az adott közegben.)
Az, hogy egy anyag mennyire szórja el a fényt, Abbe számának nevezett paraméterrel mérhető. Abbe számának kiszámításához meg kell mérnie az anyag több törésmutatóját, amelyek bizonyos elemek jellegzetes fénykibocsátásából származnak; ezek a fénykibocsátások csak bizonyos pontos hullámhosszakon fordulnak elő, így a spektrum minden egyes hullámhosszán egyedi vonalak jönnek létre, és ezeknek a vonalaknak a mintázata egyedi az egyes elemekre.
Az Abbe számának kiszámításához szükséges törésmutatók a következők: a kék indexeFhidrogén vonal, a sárgaDa nátrium és a vörös C hidrogén vonala. Ez három különböző hullámhosszú fény, amelyek mindegyikének különböző törésmutatói lesznek a közegben, és ezután a következő egyenlet segítségével kiszámítják a közeg Abbe-számát:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Ha egy anyagnak alacsonyabb Abbe-száma van, akkor nagyobb a diszperziója a látható spektrumon.
Hullámvezető diszperzióaz, amikor a hullámvezető fényhullámának sebessége annak frekvenciájától függ, a hullámvezető szerkezetének geometriája miatt. Egy optikai szálban általában anyag és hullámvezető diszperzió is jelen van.
Az anyag diszperziója a közegben a hullámhossztól függően különböző törésmutatók miatt következik be; hullámvezető diszperziója a hullámvezető felépítésének köszönhetően következik be, amely különböző hullámhosszúságú fények különböző sebességgel halad. A diszperzió másik típusát nevezzükpolarizációs mód diszperzió, ahol egy fényhullám sebessége függ a közegben való polarizációjától.
A diszperzió kissé összetettebb típusacsoportos sebesség diszperzió. A fényhullámok "hullámcsomagokban" utazhatnak, más néven "jelek" vagy "impulzusok", és ezeknek az impulzusoknak a sebességét csoportsebességnek nevezzük. Az impulzusokon belül különböző frekvenciájú hullámkomponensek találhatók; a csoportos sebesség diszperziója akkor következik be, amikor ezek az alkatrészek elkezdenek szétválni, mivel a közegben eltérő sebességek vannak. Ezután a pulzus „szétterülni” kezd, elveszíti az információkat. Ez a jelromlás nagy problémát jelent az optikai szálakat használó optikai kommunikációs rendszerekben.
Snell törvénye
Hogy mennyi fény hajlik, amikor egyik közegből a másikba kerül, azt Snell törvénye határozza meg. Beesési szögértθénés a fénytörés szögeθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
holnéna beeső közeg törésmutatója ésnra második közeg törésmutatója.
Ha egy fényhullám a magas törésmutatójú közegből egy sokkal alacsonyabb indexűre halad, akkor a elég nagy beesési szög, Snell törvénye előírja, hogy a törésszög szinusa nagyobb legyen, mint 1. Ez technikailag lehetetlen, és azt jelenti, hogy a fényhullám egyáltalán nem fog visszaverődni; valójában teljes mértékben a két közeg határain kívül fog tükröződni. Ezt teljes belső reflexiónak nevezzük.
Számos tudós önállóan fedezte fel ezt a törvényt a történelem folyamán, köztük Rene Descartes is.
Háromszög alakú prizmák és szivárványok
Az anyagok törésmutatója általában magasabb a rövidebb kék fénynél, és alacsonyabb a hosszabb hullámhosszú vörös fénynél. Ez azt jelenti, hogy a kék fény lassabban halad át egy diszperzáló közegen, mint a vörös fény.
Ha például fehér fény esik egy háromszög alakú prizmára, a különböző hullámhosszak szétszóródása a fény különböző színű szétválasztását eredményezi, ami szivárványt hoz létre.