분산은 빛의 굴절과 관련된 현상입니다. 모든 유형의 파동과 모든 파장의 빛에서 발생할 수 있지만 가시광 선과 관련하여 종종 논의됩니다. 결국 분산은 무지개의 이유입니다!
분산의 정의
때때로 더 구체적으로 불리는 분산색 분산, 광파의 다른 구성 요소의 속도가 해당 구성 요소의 파장에 따라 달라지는 경우 발생합니다. 특정 유형의 색 분산은 속도가 파장에 의존하는 원인에 의해 정의됩니다.
분산 유형
에 대한재료 분산, 이것은 물질의 굴절률이 파장에 따라 약간 씩 다르다는 것을 의미합니다. (굴절률이 n = c / v임을 상기하십시오.씨진공 상태에서 빛의 속도이며V주어진 매체에서 빛의 속도입니다.)
물질이 실제로 빛을 분산시키는 정도는 Abbe 's number라는 매개 변수로 측정됩니다. Abbe의 수를 계산하려면 특정 요소의 특징적인 빛 방출에서 비롯된 재료의 여러 굴절률을 측정해야합니다. 이러한 빛 방출은 특정 정확한 파장에서만 발생하여 스펙트럼의 각 파장에서 개별 라인을 생성하며 이러한 라인의 패턴은 각 요소마다 고유합니다.
Abbe의 수를 계산하는 데 필요한 굴절 지수는 다음과 같습니다.에프수소 라인, 노란색디나트륨 라인과 수소의 빨간색 C 라인. 이들은 모두 매질에서 서로 다른 굴절률을 갖는 세 가지 다른 파장의 빛이며 매질에 대한 Abbe의 수는 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다.
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
재료의 아베 수가 낮 으면 가시 스펙트럼에 더 많은 분산이 있습니다.
도파관 분산도파관에서 광파의 속도는 도파관 구조의 기하학적 구조 때문에 주파수에 따라 달라집니다. 광섬유에서는 일반적으로 재료 및 도파관 분산이 모두 존재합니다.
물질 분산은 파장에 따라 매질에서 굴절률이 다르기 때문에 발생합니다. 도파관 분산은 다른 파장의 빛이 다른 속도로 이동하는 도파관의 구조로 인해 발생합니다. 또 다른 유형의 분산은편광 모드 분산, 광파의 속도는 매체의 편광에 따라 달라집니다.
약간 더 복잡한 유형의 분산은 다음과 같습니다.그룹 속도 분산. 광파는 "신호"또는 "펄스"라고도하는 "파 패킷"으로 이동할 수 있으며 이러한 펄스의 속도를 그룹 속도라고합니다. 펄스 내에는 서로 다른 주파수의 파동 성분이 있습니다. 그룹 속도 분산은 매체의 다른 속도로 인해 이러한 구성 요소가 분리되기 시작할 때 발생합니다. 그러면 맥박이 "확산"되어 정보가 손실됩니다. 이러한 신호 열화는 광섬유를 사용하는 광통신 시스템에서 큰 문제입니다.
스넬의 법칙
한 매체에서 다른 매체로 이동할 때 빛이 얼마나 구부러 지는지는 Snell의 법칙에 의해 결정됩니다. 입사각θ나는굴절각θ아르 자형,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
어디엔나는입사 매체의 굴절률이고엔아르 자형두 번째 매체의 굴절률입니다.
광파가 굴절률이 높은 매체에서 훨씬 낮은 굴절률을 가진 매체로 이동하면 입사각이 충분히 크면 Snell의 법칙은 굴절각의 사인이 다음보다 커야합니다. 1. 이것은 기술적으로 불가능하며 광파가 전혀 반사되지 않음을 의미합니다. 사실, 그것은 두 매체 사이의 경계에서 완전히 반사 될 것입니다. 이를 내부 전반사라고합니다.
르네 데카르트를 포함한 여러 과학자들이 역사의 과정에서이 법칙을 독립적으로 발견했습니다.
삼각형 프리즘과 무지개
재료의 굴절률은 단파장 청색광의 경우 더 높고 장파장 적색광의 경우 더 낮은 경향이 있습니다. 이것은 청색광이 적색광보다 분산 매체를 통해 더 느리게 이동한다는 것을 의미합니다.
예를 들어, 삼각 프리즘에 백색광이 입사하면 서로 다른 파장이 분산되어 빛이 서로 다른 색으로 분리되어 무지개가 만들어집니다.