פיזור הוא תופעה הקשורה לשבירת האור. למרות שזה יכול להתרחש בכל סוג של גל ובכל אורך גל של אור, זה נדון לעתים קרובות ביחס לאור הנראה. פיזור, אחרי הכל, הוא הסיבה לקשתות!
הגדרת פיזור
פיזור, לפעמים נקרא באופן ספציפי יותרפיזור כרומטי, מתרחשת כאשר מהירויות הרכיבים השונים של גל אור תלויות באורכי הגל של אותם רכיבים. סוגים ספציפיים של פיזור כרומטי מוגדרים על ידי הגורם לתלות המהירות באורך הגל.
סוגי פיזור
לפיזור חומרי, פירוש הדבר שמדד השבירה בחומר שונה מעט בהתאם לאורך הגל. (נזכיר שמדד השבירה הוא n = c / v, איפהגהיא מהירות האור בחלל ריק וvהיא מהירות האור במדיום הנתון.)
כמה חומר מפזר אור בפועל נמדד על ידי פרמטר הנקרא מספר Abbe. כדי לחשב את מספר Abbe, אתה צריך למדוד כמה מדדי שבירה בחומר שמקורם בפליטת האור האופיינית של אלמנטים מסוימים; פליטות האור הללו מתרחשות רק באורכי גל מדויקים מסוימים, ויוצרות קווים בודדים בכל אחד מאורכי הגל הללו בספקטרום, והתבנית של קווים אלה ייחודית לכל אלמנט.
מדדי השבירה הדרושים לחישוב מספרו של Abbe הם: מדד הכחולFקו מימן, הצהובדקווי נתרן וקו C האדום של מימן. אלה שלושה אורכי גל שונים של אור שלכולם יהיו מדדי שבירה שונים במדיום, ומספר האב של המדיום מחושב לאחר מכן באמצעות המשוואה הבאה:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
אם לחומר יש מספר של Abbe נמוך יותר, יהיה לו פיזור רב יותר על הספקטרום הגלוי.
פיזור מדריך הגלהוא כאשר מהירות גל האור במוליך הגל תלויה בתדירותו בגלל הגיאומטריה של מבנה מוליך הגל. בסיב אופטי, בדרך כלל קיימים פיזור חומר וגם מוליך גל.
פיזור חומרים מתרחש עקב מדדי שבירה שונים במדיום בהתאם לאורך הגל; פיזור מוליכים גל מתרחש עקב מבנה מוליך הגל שגורם לאור באורכי גל שונים לנוע במהירויות שונות. סוג אחר של פיזור נקראפיזור מצב קיטוב, שבו מהירות גל האור תלויה בקיטוב שלו במדיום.
סוג פיזור מעט מורכב יותר הואפיזור מהירות קבוצתי. גלי אור יכולים לנוע ב"חבילות גלים ", המכונות גם" אותות "או" פולסים ", ומהירות הפולסים נקראת מהירות קבוצתית. בתוך הפולסים נמצאים רכיבי גל בתדרים שונים; פיזור מהירות קבוצתי מתרחש כאשר רכיבים אלה מתחילים להיפרד בגלל שיש להם מהירויות שונות במדיום. לאחר מכן הדופק מתחיל "להתפשט", לאבד מידע. השפלה זו של האות היא בעיה גדולה במערכות תקשורת אופטיות המשתמשות בסיבים אופטיים.
חוק סנל
כמה אור מתכופף בעת מעבר ממדיום אחד למשנהו נקבע על פי חוק סנל. לזווית שכיחותθאניוזווית השבירהθר,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
איפהנאניהוא מדד השבירה של מדיום האירוע ו-נרהוא אינדקס השבירה של המדיום השני.
אם גל אור עובר ממדיום עם אינדקס שבירה גבוה לאחד עם אינדקס נמוך בהרבה, עם a בזווית ההתרחשות הגדולה מספיק, החוק של סנל מחייב את סינוס זווית השבירה להיות גדול מ- 1. זה בלתי אפשרי מבחינה טכנית, ומשמעות הדבר היא שגל האור לא ישקף כלל; למעשה, זה ישקף לחלוטין את הגבול בין שני המדיומים. זה נקרא השתקפות פנימית מוחלטת.
כמה מדענים גילו באופן עצמאי את החוק הזה במהלך ההיסטוריה, כולל רנה דקארט.
מנסרות וקשתות משולשות
מדד השבירה בחומרים נוטה להיות גבוה יותר לאור כחול באורך גל קצר יותר ונמוך באור אדום ארוך יותר באורכי גל. משמעות הדבר היא שאור כחול יעבור לאט יותר דרך מדיום מפזר מאשר אור אדום.
כאשר אור לבן מתרחש על מנסרה משולשת, למשל, פיזור אורכי הגל השונים גורם להפרדת אור בצבעים שונים ויוצר קשת.