Dispersija yra reiškinys, susijęs su šviesos lūžiu. Nors tai gali pasireikšti bet kokio tipo bangomis ir bet kokiu šviesos bangos ilgiu, ji dažnai aptariama matomos šviesos atžvilgiu. Išsibarstymas juk yra vaivorykštės priežastis!
Dispersijos apibrėžimas
Dispersija, kartais konkrečiau vadinamachromatinė dispersija, įvyksta, kai skirtingų šviesos bangos komponentų greitis priklauso nuo tų komponentų bangos ilgio. Konkretūs chromatinės dispersijos tipai apibrėžiami pagal tai, kas lemia greičio priklausomybę nuo bangos ilgio.
Dispersijos tipai
Dėlmedžiagos dispersija, tai reiškia, kad medžiagos lūžio rodiklis šiek tiek skiriasi priklausomai nuo bangos ilgio. (Prisiminkime, kad lūžio rodiklis yra n = c / v, kurcyra šviesos greitis vakuume irvyra šviesos greitis tam tikroje terpėje.)
Kiek medžiaga iš tikrųjų išsklaido šviesą, matuojama parametru, vadinamu Abbe skaičiumi. Norėdami apskaičiuoti Abbe skaičių, turite išmatuoti keletą medžiagos lūžio rodiklių, atsirandančių dėl tam tikrų elementų būdingos šviesos emisijos; šios šviesos emisijos įvyksta tik esant tam tikriems tiksliems bangos ilgiams, sukuriant atskiras linijas kiekviename iš tų spektro bangos ilgių, o šių linijų modelis yra unikalus kiekvienam elementui.
Lūžio rodikliai, reikalingi Abbe skaičiui apskaičiuoti, yra šie: mėlynos spalvos indeksasFvandenilio linija, geltonaDnatrio linijos ir raudonos C vandenilio linijos. Tai yra trys skirtingi šviesos bangos ilgiai, kurių visi turi skirtingus lūžio rodiklius terpėje, o tada Abbe skaičius terpėje apskaičiuojamas naudojant šią lygtį:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Jei medžiaga turi mažesnį Abbe skaičių, ji labiau pasklis per matomą spektrą.
Bangos laido sklaidayra tada, kai šviesos bangos greitis bangolaidyje priklauso nuo jo dažnio dėl bangolaidžio struktūros geometrijos. Optiniame pluošte paprastai būna medžiagos ir bangolaidžio dispersija.
Medžiagos dispersija įvyksta dėl skirtingų lūžio rodiklių terpėje, priklausomai nuo bangos ilgio; bangolaidžio dispersija įvyksta dėl bangolaidžio struktūros, dėl kurios skirtingo bangos ilgio šviesa sklinda skirtingu greičiu. Dar viena dispersijos rūšis vadinamapoliarizacijos režimo dispersija, kur šviesos bangos greitis priklauso nuo jos poliarizacijos terpėje.
Šiek tiek sudėtingesnė dispersijos rūšis yragrupės greičio dispersija. Šviesos bangos gali keliauti „bangų paketuose“, dar vadinamuose „signalais“ arba „impulsais“, o tų impulsų greitis vadinamas grupės greičiu. Impulsų viduje yra skirtingų dažnių bangų komponentai; grupės greičio dispersija įvyksta, kai šie komponentai pradeda skirtis dėl to, kad terpėje yra skirtingi greičiai. Tada pulsas pradeda „sklisti“, prarasti informaciją. Šis signalo degradavimas yra didelė optinių ryšių sistemų, naudojančių optines skaidulas, problema.
Snello dėsnis
Kiek šviesos lenkiasi pereidamos iš vienos terpės į kitą, nustato Snello įstatymas. Dėl kritimo kampoθiir lūžio kampasθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
kurniyra įvykio terpės lūžio rodiklis irnryra antrosios terpės lūžio rodiklis.
Jei šviesos banga sklinda iš terpės su dideliu lūžio rodikliu į tokią, kurios indeksas yra daug mažesnis, su pakankamai didelis kritimo kampas, Snello įstatymas reikalauja, kad lūžio kampo sinusas būtų didesnis nei 1. Tai techniškai neįmanoma ir tai reiškia, kad šviesos banga visiškai neatspindės; iš tikrųjų tai visiškai atspindės ribą tarp dviejų terpių. Tai vadinama visišku vidiniu atspindžiu.
Keli mokslininkai nepriklausomai atrado šį dėsnį per visą istoriją, įskaitant Rene'ą Descartes'ą.
Trikampės prizmės ir vaivorykštės
Medžiagų lūžio rodiklis paprastai būna didesnis, kai trumpesnė bangos ilgio mėlyna šviesa, o mažesnė, jei ilgesnės bangos ilgio raudona šviesa. Tai reiškia, kad mėlyna šviesa sklinda lėčiau per dispersiją, nei raudona.
Pavyzdžiui, baltai šviesai nutinkant trikampę prizmę, išsisklaidžius skirtingiems bangos ilgiams, šviesos spalva išsiskiria skirtingomis spalvomis, sukuriant vaivorykštę.