Dispersi adalah fenomena yang terkait dengan pembiasan cahaya. Meskipun dapat terjadi dengan semua jenis gelombang dan dengan panjang gelombang cahaya apa pun, ini sering dibahas sehubungan dengan cahaya tampak. Bagaimanapun, dispersi adalah alasan pelangi!
Definisi Dispersi
Dispersi, terkadang lebih spesifik disebut specificallydispersi kromatik, terjadi ketika kecepatan komponen yang berbeda dari gelombang cahaya bergantung pada panjang gelombang komponen tersebut. Jenis dispersi kromatik tertentu ditentukan oleh apa yang menyebabkan ketergantungan kecepatan pada panjang gelombang.
Jenis Dispersi
Untukdispersi bahan, ini berarti indeks bias pada suatu bahan sedikit berbeda tergantung pada panjang gelombang. (Ingat bahwa indeks bias adalah n = c/v, di manacadalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa danvadalah kecepatan cahaya dalam medium yang diberikan.)
Berapa banyak bahan yang benar-benar menyebarkan cahaya diukur dengan parameter yang disebut bilangan Abbe. Untuk menghitung bilangan Abbe, Anda perlu mengukur beberapa indeks bias dalam bahan yang berasal dari emisi cahaya karakteristik elemen tertentu; emisi cahaya ini hanya terjadi pada panjang gelombang tertentu, menciptakan garis individu pada setiap panjang gelombang dalam spektrum, dan pola garis ini unik untuk setiap elemen.
Indeks bias yang diperlukan untuk menghitung bilangan Abbe adalah: indeks biruFgaris hidrogen, kuningDgaris natrium dan garis merah C hidrogen. Ini adalah tiga panjang gelombang cahaya yang berbeda yang semuanya akan memiliki indeks bias yang berbeda dalam medium, dan nomor Abbe untuk medium kemudian dihitung menggunakan persamaan berikut:
v=\frac{n_D-1}{n_F-n_C}
Jika suatu bahan memiliki bilangan Abbe yang lebih rendah, ia akan memiliki lebih banyak dispersi pada spektrum yang terlihat.
Dispersi pemandu gelombang Waveadalah ketika kecepatan gelombang cahaya dalam pandu gelombang bergantung pada frekuensinya karena geometri struktur pandu gelombang. Dalam serat optik, dispersi material dan pandu gelombang biasanya ada.
Dispersi material terjadi karena indeks bias yang berbeda dalam medium tergantung pada panjang gelombang; dispersi pandu gelombang terjadi karena struktur pandu gelombang yang menyebabkan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Jenis dispersi lain disebutdispersi mode polarisasi, di mana kecepatan gelombang cahaya tergantung pada polarisasi dalam medium.
Jenis dispersi yang sedikit lebih kompleks adalahdispersi kecepatan grup. Gelombang cahaya dapat merambat dalam "paket gelombang", juga dikenal sebagai "sinyal" atau "pulsa", dan kecepatan gelombang tersebut disebut kecepatan grup. Di dalam pulsa terdapat komponen gelombang dari frekuensi yang berbeda; dispersi kecepatan kelompok terjadi ketika komponen-komponen ini mulai terpisah karena memiliki kecepatan yang berbeda dalam medium. Denyut nadi kemudian mulai "menyebar", kehilangan informasi. Degradasi sinyal ini merupakan masalah besar dalam sistem komunikasi optik yang menggunakan serat optik.
Hukum Snellius
Berapa banyak cahaya yang dibelokkan ketika melewati satu medium ke medium lain ditentukan oleh hukum Snell. Untuk sudut datangθsayadan sudut biasθr,
n_i\sin{\theta_i}=n_r\sin{\theta_r}
dimanatidaksayaadalah indeks bias medium datang dantidakradalah indeks bias medium kedua.
Jika gelombang cahaya merambat dari medium dengan indeks bias tinggi ke medium dengan indeks jauh lebih rendah, dengan a sudut datang cukup besar, hukum Snell mensyaratkan sinus sudut bias lebih besar dari 1. Ini secara teknis tidak mungkin, dan itu berarti gelombang cahaya tidak akan memantul sama sekali; pada kenyataannya, itu sepenuhnya akan mencerminkan batas antara dua media. Ini disebut refleksi internal total.
Beberapa ilmuwan secara independen menemukan hukum ini sepanjang sejarah, termasuk Rene Descartes.
Prisma Segitiga dan Pelangi
Indeks bias bahan cenderung lebih tinggi untuk cahaya biru dengan panjang gelombang lebih pendek dan lebih rendah untuk cahaya merah dengan panjang gelombang lebih panjang. Ini berarti cahaya biru akan bergerak lebih lambat melalui media dispersif daripada cahaya merah.
Ketika cahaya putih datang pada prisma segitiga, misalnya, dispersi panjang gelombang yang berbeda menyebabkan pemisahan cahaya dengan warna yang berbeda, menciptakan pelangi.