Disperzia je jav spojený s lomom svetla. Aj keď sa môže vyskytnúť pri akomkoľvek type vĺn a pri akejkoľvek vlnovej dĺžke svetla, často sa o ňom diskutuje vzhľadom na viditeľné svetlo. Rozptyl je koniec koncov dôvod pre dúhy!
Definícia disperzie
Disperzia, niekedy konkrétnejšie nazývanáchromatická disperzia, nastáva, keď rýchlosti rôznych zložiek svetelnej vlny závisia od vlnových dĺžok týchto zložiek. Konkrétne typy chromatickej disperzie sú definované tým, čo spôsobuje závislosť rýchlosti na vlnovej dĺžke.
Druhy disperzie
Predisperzia materiálu, To znamená, že index lomu v materiáli sa mierne líši v závislosti od vlnovej dĺžky. (Pripomeňme, že index lomu je n = c / v, kdecje rýchlosť svetla vo vákuu avje rýchlosť svetla v danom médiu.)
Koľko materiálu skutočne rozptyľuje svetlo, sa meria parametrom nazývaným Abbeho číslo. Ak chcete vypočítať Abbeho číslo, musíte zmerať niekoľko indexov lomu materiálu, ktoré pochádzajú z charakteristických svetelných emisií určitých prvkov; tieto svetelné emisie sa vyskytujú iba pri určitých presných vlnových dĺžkach, pričom sa vytvárajú jednotlivé čiary na každej z týchto vlnových dĺžok v spektre a vzor týchto čiar je pre každý prvok jedinečný.
Indexy lomu potrebné na výpočet Abbeho čísla sú: index modrejFlínia vodíka, žltáDlínie sodíka a červená línia C vodíka. Jedná sa o tri rôzne vlnové dĺžky svetla, ktoré budú mať všetky rôzne indexy lomu média a Abbovo číslo pre médium sa potom vypočíta pomocou nasledujúcej rovnice:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Ak má materiál nižšie Abbeho číslo, bude mať väčšiu disperziu vo viditeľnom spektre.
Disperzia vlnovoduje, keď rýchlosť svetelnej vlny vo vlnovode závisí od jej frekvencie z dôvodu geometrie štruktúry vlnovodu. V optickom vlákne je obvykle prítomný materiál aj disperzia vlnovodu.
K disperzii materiálu dochádza v dôsledku rôznych indexov lomu média v závislosti od vlnovej dĺžky; disperzia vlnovodu nastáva v dôsledku štruktúry vlnovodu, ktorá spôsobuje, že svetlo rôznych vlnových dĺžok cestuje rôznymi rýchlosťami. Iný typ disperzie sa nazývarozptyl polarizačného režimu, kde rýchlosť svetelnej vlny závisí od jej polarizácie v médiu.
Trochu zložitejší typ disperzie jeskupinová disperzia rýchlosti. Svetelné vlny môžu cestovať vo „vlnových paketoch“, známych aj ako „signály“ alebo „impulzy“, a rýchlosť týchto impulzov sa nazýva skupinová rýchlosť. V impulzoch sú vlnové zložky rôznych frekvencií; skupinová disperzia rýchlosti nastane, keď sa tieto zložky začnú oddeľovať z dôvodu rozdielnych rýchlostí v médiu. Pulz sa potom začne „rozširovať“ a stráca informácie. Táto degradácia signálu je veľkým problémom v optických komunikačných systémoch, ktoré používajú optické vlákna.
Snellov zákon
Koľko svetla sa ohýba pri prechode z jedného média do druhého, určuje Snellov zákon. Pre uhol dopaduθia uhol lomuθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
kdenije index lomu dopadajúceho média anrje index lomu druhého média.
Ak svetelná vlna putuje zo média s vysokým indexom lomu do média s oveľa nižším indexom lomu, s a dostatočne veľký uhol dopadu, Snellov zákon vyžaduje, aby sínus uhla lomu bol väčší ako 1. To je technicky nemožné a znamená to, že svetelná vlna sa nebude vôbec odrážať; v skutočnosti sa to úplne odrazí od hranice medzi týmito dvoma médiami. Tomu sa hovorí úplná vnútorná reflexia.
Niekoľko vedcov nezávisle objavilo tento zákon v priebehu dejín, vrátane Reného Descartesa.
Trojuholníkové hranoly a dúhy
Index lomu v materiáloch má tendenciu byť vyšší pre modré svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou a nižší pre červené svetlo s dlhšou vlnovou dĺžkou. To znamená, že modré svetlo bude prechádzať disperzným médiom pomalšie ako červené svetlo.
Keď napríklad biele svetlo dopadá na trojuholníkový hranol, rozptyl rôznych vlnových dĺžok spôsobí oddelenie svetla od inej farby, čím vznikne dúha.