Disperzija je pojav, povezan z lomom svetlobe. Čeprav se lahko pojavi pri kateri koli vrsti valov in pri kateri koli valovni dolžini svetlobe, se pogosto razpravlja o vidni svetlobi. Razpršenost je navsezadnje razlog za mavrice!
Opredelitev disperzije
Disperzija, včasih natančneje imenovanakromatska disperzija, se pojavi, ko so hitrosti različnih komponent svetlobnega vala odvisne od valovnih dolžin teh komponent. Posebne vrste kromatične disperzije so opredeljene s tem, kaj povzroča odvisnost hitrosti od valovne dolžine.
Vrste razpršenosti
Zarazpršenost materiala, to pomeni, da se lomni količnik v materialu nekoliko razlikuje glede na valovno dolžino. (Spomnimo se, da je lomni količnik n = c / v, kjercje hitrost svetlobe v vakuumu invje hitrost svetlobe v danem mediju.)
Koliko material dejansko razprši svetlobo, se meri s parametrom, imenovanim Abbejevo število. Za izračun Abbejevega števila morate izmeriti več indeksov loma v materialu, ki izhajajo iz značilnih svetlobnih emisij nekaterih elementov; te svetlobne emisije se zgodijo le pri določenih natančnih valovnih dolžinah, pri čemer nastanejo posamezne črte na vsaki od teh valovnih dolžin v spektru, vzorec teh črt pa je edinstven za vsak element.
Indeksi loma, potrebni za izračun Abbejevega števila, so: indeks modreFvodikova linija, rumenaDnatrijeve in rdeče črte C vodika. To so tri različne valovne dolžine svetlobe, ki bodo imele različne indekse loma v mediju, Abbejevo število za medij pa se nato izračuna po naslednji enačbi:
v = \ frac {n_D-1} {n_F-n_C}
Če ima material nižje Abbejevo število, bo imel večjo razpršenost po vidnem spektru.
Disperzija valovodaje, ko je hitrost svetlobnega vala v valovodu odvisna od njegove frekvence zaradi geometrije strukture valovoda. V optičnem vlaknu sta običajno prisotni tako disperzija materiala kot valovodna disperzija.
Do disperzije materiala pride zaradi različnih lomnih količnikov v mediju, odvisno od valovne dolžine; disperzija valovoda nastane zaradi strukture valovoda, zaradi katerega svetloba različnih valovnih dolžin potuje z različno hitrostjo. Imenuje se druga vrsta disperzijedisperzija polarizacijskega načina, kjer je hitrost svetlobnega vala odvisna od njegove polarizacije v mediju.
Nekoliko bolj zapletena vrsta disperzije jeskupinska disperzija hitrosti. Svetlobni valovi lahko potujejo v "valovnih paketih", znanih tudi kot "signali" ali "impulzi", hitrost teh impulzov pa se imenuje skupinska hitrost. Znotraj impulzov so valovne komponente različnih frekvenc; skupinska disperzija hitrosti se pojavi, ko se te komponente začnejo ločevati zaradi različnih hitrosti v mediju. Nato se utrip začne "širiti" in izgublja informacije. Ta degradacija signala je velika težava v optičnih komunikacijskih sistemih, ki uporabljajo optična vlakna.
Snelllov zakon
Koliko svetlobe se upogne pri prehodu iz enega medija v drugega, določa Snelllov zakon. Za vpadni kotθjazin lomni kotθr,
n_i \ sin {\ theta_i} = n_r \ sin {\ theta_r}
kjenjazindeks loma vpadnega medija innrje lomni količnik drugega medija.
Če svetlobni val potuje iz medija z visokim lomnim količnikom v tistega z veliko nižjim indeksom, z dovolj velik vpadni kot, Snelllov zakon zahteva, da je sinus lomnega kota večji od 1. To je tehnično nemogoče, kar pomeni, da svetlobni val sploh ne bo odseval; pravzaprav se bo v celoti odseval od meje med obema medijema. Temu pravimo popolna notranja refleksija.
Številni znanstveniki so v zgodovini samostojno odkrivali ta zakon, med njimi Rene Descartes.
Trikotne prizme in mavrice
Indeks loma v materialih je običajno višji pri krajši valovni dolžini modre svetlobe in nižji pri daljši valovni dolžini rdeče svetlobe. To pomeni, da bo modra svetloba potovala počasneje skozi disperzivni medij kot rdeča svetloba.
Ko na primer bela svetloba pada na trikotno prizmo, razpršitev različnih valovnih dolžin povzroči ločevanje svetlobe z različnimi barvami in ustvarja mavrico.