Dispersija ir parādība, kas saistīta ar gaismas laušanu. Lai gan tas var notikt ar jebkura veida viļņiem un ar jebkuru gaismas viļņa garumu, to bieži apspriež attiecībā uz redzamo gaismu. Izkliedēšana galu galā ir varavīksnes cēlonis!
Dispersijas definīcija
Izkliede, dažreiz konkrētāk sauktahromatiskā dispersija, rodas, ja gaismas viļņa dažādu komponentu ātrumi ir atkarīgi no šo komponentu viļņu garumiem. Konkrētus hromatiskās dispersijas veidus nosaka tas, kas izraisa ātruma atkarību no viļņa garuma.
Dispersijas veidi
Priekšmateriāla izkliede, tas nozīmē, ka materiāla refrakcijas indekss nedaudz atšķiras atkarībā no viļņa garuma. (Atgādinām, ka refrakcijas indekss ir n = c / v, kurcir gaismas ātrums vakuumā unvir gaismas ātrums dotajā vidē.)
To, cik daudz materiāls faktiski izkliedē gaismu, mēra ar parametru, ko sauc par Abbes numuru. Lai aprēķinātu Abbes skaitli, materiālā jāmēra vairāki refrakcijas rādītāji, kas rodas no dažu elementu raksturīgās gaismas emisijas; šīs gaismas emisijas notiek tikai noteiktos precīzos viļņu garumos, radot atsevišķas līnijas katrā no šiem spektra viļņu garumiem, un šo līniju shēma ir unikāla katram elementam.
Reflūzijas indeksi, kas nepieciešami Abbes skaitļa aprēķināšanai, ir: zilā krāsaFūdeņraža līnija, dzeltenāDnātrija līnijas un sarkanā C ūdeņraža līnija. Tie ir trīs dažādi gaismas viļņu garumi, kuriem visiem būs atšķirīgi refrakcijas rādītāji barotnē, un pēc tam tiek aprēķināts Abbes skaitlis barotnei, izmantojot šādu vienādojumu:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Ja materiālam ir mazāks Abbes numurs, tas vairāk izkliedē redzamo spektru.
Viļņvada izkliedeir tad, kad viļņvadā gaismas viļņa ātrums ir atkarīgs no tā frekvences viļņvada struktūras ģeometrijas dēļ. Optiskajā šķiedrā parasti ir gan materiāla, gan viļņvada dispersija.
Materiāla izkliede notiek dažādu refrakcijas indeksu dēļ vidē atkarībā no viļņa garuma; viļņvada izkliede notiek viļņvada struktūras dēļ, izraisot dažāda viļņa garuma gaismas pārvietošanos ar dažādu ātrumu. Tiek saukts vēl viens dispersijas veidspolarizācijas režīma dispersija, kur gaismas viļņa ātrums ir atkarīgs no tā polarizācijas vidē.
Nedaudz sarežģītāks dispersijas veids irgrupas ātruma dispersija. Gaismas viļņi var pārvietoties "viļņu paketēs", kas pazīstami arī kā "signāli" vai "impulsi", un šo impulsu ātrumu sauc par grupas ātrumu. Impulsu ietvaros atrodas dažādu frekvenču viļņu komponenti; grupas ātruma dispersija notiek, kad šie komponenti sāk atdalīties, jo vidē ir atšķirīgi ātrumi. Pēc tam pulss sāk "izplatīties", zaudējot informāciju. Šī signāla pasliktināšanās ir liela problēma optiskajās sakaru sistēmās, kurās tiek izmantotas optiskās šķiedras.
Snella likums
Cik daudz gaismas saliekas, pārejot no viena nesēja uz citu, nosaka Snela likums. Par kritiena leņķiθiun refrakcijas leņķisθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
kurniir notikuma vides refrakcijas indekss unnrir otrā barotnes refrakcijas indekss.
Ja gaismas viļņi pārvietojas no barotnes ar augstu refrakcijas indeksu uz tādu, kuras indekss ir daudz zemāks, ar a pietiekami liels kritiena leņķis, Snela likums nosaka, ka refrakcijas leņķa sinusam jābūt lielākam par 1. Tas ir tehniski neiespējami, un tas nozīmē, ka gaismas vilnis vispār neatspoguļosies; patiesībā tas pilnībā atspoguļosies no robežas starp abiem nesējiem. To sauc par pilnīgu iekšēju refleksiju.
Vairāki zinātnieki šo likumu vēstures gaitā neatkarīgi atklāja, tostarp Renē Dekarts.
Trīsstūrveida prizmas un varavīksnes
Materiālu refrakcijas indekss mēdz būt lielāks zilā īsāka viļņa garumā, bet sarkanā - garāka viļņa garumā. Tas nozīmē, ka zilā gaisma pārvietojas lēnāk caur izkliedējošu vidi, nekā sarkanā gaisma.
Piemēram, kad baltā gaisma ir vērsta uz trīsstūrveida prizmu, dažādu viļņu garumu izkliedēšana izraisa gaismas atdalīšanu ar dažādu krāsu, radot varavīksni.