Dispersjon er et fenomen assosiert med lysbrekning. Selv om det kan forekomme med alle typer bølger og med hvilken som helst bølgelengde på lys, blir det ofte diskutert med hensyn til synlig lys. Spredning er tross alt årsaken til regnbuer!
Definisjon av dispersjon
Dispersjon, noen ganger mer spesifikt kaltkromatisk spredning, oppstår når hastighetene til forskjellige komponenter i en lysbølge avhenger av bølgelengdene til disse komponentene. Spesifikke typer kromatisk dispersjon defineres av hva som forårsaker avhengigheten av hastigheten av bølgelengden.
Typer av spredning
Tilmaterialdispersjon, dette betyr at brytningsindeksen i et materiale avviker litt avhengig av bølgelengden. (Husk at brytningsindeksen er n = c / v, hvorcer lysets hastighet i vakuum ogver lysets hastighet i det gitte mediet.)
Hvor mye et materiale faktisk sprer lys, måles med en parameter som heter Abbes nummer. For å beregne Abbes antall må du måle flere brytningsindekser i materialet som kommer fra de karakteristiske lysutslippene til visse elementer; disse lysutslippene skjer bare ved bestemte eksakte bølgelengder, og skaper individuelle linjer ved hver av disse bølgelengdene i spekteret, og mønsteret til disse linjene er unikt for hvert element.
Brytningsindeksene som trengs for å beregne Abbes antall er: indeksen til den blåFlinje av hydrogen, den guleDlinjer av natrium og den røde C-linjen av hydrogen. Dette er tre forskjellige bølgelengder av lys som alle vil ha forskjellige brytningsindekser i mediet, og Abbe-tallet for mediet beregnes deretter ved hjelp av følgende ligning:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Hvis et materiale har et lavere Abbe-nummer, vil det ha mer spredning over det synlige spekteret.
Bølgelederdispersjoner når hastigheten til en lysbølge i en bølgeleder avhenger av frekvensen på grunn av geometrien til bølgelederens struktur. I en optisk fiber er vanligvis både materiale og bølgelederdispersjon til stede.
Materiell dispersjon oppstår på grunn av forskjellige brytningsindekser i et medium avhengig av bølgelengde; bølgelederdispersjon oppstår på grunn av strukturen til bølgelederen som får lys med forskjellige bølgelengder til å bevege seg med forskjellige hastigheter. En annen type spredning kallesspredning av polarisasjonsmodus, hvor en lysbølges hastighet avhenger av polarisasjonen i mediet.
En litt mer kompleks type spredning ergruppehastighetsdispersjon. Lysbølger kan bevege seg i "bølgepakker", også kjent som "signaler" eller "pulser", og hastigheten til disse pulser kalles en gruppehastighet. Innenfor pulser er bølgekomponenter med forskjellige frekvenser; gruppehastighetsdispersjon oppstår når disse komponentene begynner å skilles på grunn av at de har forskjellige hastigheter i mediet. Pulsen begynner deretter å "spre seg", og mister informasjon. Denne nedbrytningen av signalet er et stort problem i optiske kommunikasjonssystemer som bruker optiske fibre.
Snells lov
Hvor mye lys som bøyes når det går fra ett medium til et annet, bestemmes av Snells lov. For en innfallsvinkelθJegog brytningsvinkelθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
hvornJeger brytningsindeksen for hendelsesmediet ognrer brytningsindeksen til det andre mediet.
Hvis en lysbølge beveger seg fra et medium med høy brytningsindeks til en med en mye lavere indeks, med en stor nok innfallsvinkel, krever Snells lov sinus av brytningsvinkelen å være større enn 1. Dette er teknisk umulig, og det betyr at lysbølgen ikke reflekterer i det hele tatt; faktisk vil det reflektere helt utenfor grensen mellom de to mediumene. Dette kalles total intern refleksjon.
Flere forskere oppdaget uavhengig av denne loven i løpet av historien, inkludert Rene Descartes.
Trekantede prismer og regnbuer
Brytningsindeksen i materialer har en tendens til å være høyere for kortere bølgelengde blått lys og lavere for lengre bølgelengde rødt lys. Dette betyr at blått lys vil bevege seg saktere gjennom et spredt medium enn rødt lys vil.
Når hvitt lys faller inn på et trekantet prisme, forårsaker spredning av forskjellige bølgelengder for eksempel separasjon av lys med forskjellige farger, og skaper en regnbue.
