分散は、光の屈折に関連する現象です。 それはあらゆる種類の波とあらゆる波長の光で発生する可能性がありますが、可視光に関してしばしば議論されます。 結局のところ、分散が虹の理由です！
分散の定義
分散、より具体的に呼ばれることもあります色分散は、光波のさまざまな成分の速度がそれらの成分の波長に依存する場合に発生します。 特定の種類の波長分散は、速度が波長に依存する原因によって定義されます。
分散の種類
にとって材料の分散、これは、材料の屈折率が波長によってわずかに異なることを意味します。 （屈折率はn = c / vであることを思い出してください。ここで、cは真空中の光速であり、vは、特定の媒体における光の速度です。）
材料が実際に光をどれだけ分散させるかは、アッベ数と呼ばれるパラメータによって測定されます。 アッベ数を計算するには、特定の元素の特徴的な発光に由来する、材料のいくつかの屈折率を測定する必要があります。 これらの発光は特定の正確な波長でのみ発生し、スペクトル内のそれらの波長のそれぞれで個別の線を作成します。これらの線のパターンは各要素に固有です。
アッベ数を計算するために必要な屈折率は次のとおりです。青の屈折率F水素のライン、黄色Dナトリウムの線と水素の赤いC線。 これらは3つの異なる波長の光であり、すべて媒体内で異なる屈折率を持ち、媒体のアッベ数は次の式を使用して計算されます。
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
材料のアッベ数が低い場合、可視スペクトル全体で分散が大きくなります。
導波管分散導波路の構造の形状のために、導波路内の光波の速度がその周波数に依存する場合です。 光ファイバでは、通常、材料と導波路の両方の分散が存在します。
材料の分散は、波長に応じて媒体内の屈折率が異なるために発生します。 導波路の分散は、導波路の構造が原因で発生し、さまざまな波長の光がさまざまな速度で移動します。 別のタイプの分散はと呼ばれます偏光モード分散、ここで、光波の速度は媒体内の偏光に依存します。
もう少し複雑なタイプの分散はグループ速度分散. 光波は「波束」（「信号」または「パルス」とも呼ばれます）で伝わることがあり、これらのパルスの速度は群速度と呼ばれます。 パルス内には、さまざまな周波数の波動成分があります。 群速度の分散は、媒体内の速度が異なるためにこれらの成分が分離し始めるときに発生します。 その後、脈拍は「広がり」始め、情報を失います。 この信号の劣化は、光ファイバーを使用する光通信システムでは大きな問題です。
スネルの法則
ある媒体から別の媒体に通過するときにどれだけの光が曲がるかは、スネルの法則によって決定されます。 入射角の場合θ私と屈折角θr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
どこn私は入射媒体の屈折率であり、nrは2番目の媒体の屈折率です。
光波が屈折率の高い媒体から屈折率のはるかに低い媒体に伝わる場合、 十分に大きい入射角の場合、スネルの法則では、屈折角の正弦がより大きくなる必要があります。 1. これは技術的に不可能であり、光波がまったく反射しないことを意味します。 実際、それは2つの媒体間の境界から完全に反映されます。 これは全反射と呼ばれます。
ルネ・デカルトを含む数人の科学者が、歴史の中でこの法則を独自に発見しました。
三角柱と虹
材料の屈折率は、短波長の青色光では高く、長波長の赤色光では低くなる傾向があります。 これは、青色光が赤色光よりも分散媒体をゆっくりと通過することを意味します。
たとえば、三角プリズムに白色光が入射すると、波長が異なると光が色によって分離され、虹ができます。
