Dağılma, ışığın kırılması ile ilişkili bir olgudur. Herhangi bir dalga türü ve herhangi bir ışık dalga boyu ile ortaya çıkabilmesine rağmen, genellikle görünür ışıkla ilgili olarak tartışılır. Ne de olsa dağılma, gökkuşaklarının nedenidir!
Dispersiyonun Tanımı
Dağılım, bazen daha özel olarak adlandırılırRenk dağılımı, bir ışık dalgasının farklı bileşenlerinin hızları, bu bileşenlerin dalga boylarına bağlı olduğunda oluşur. Spesifik kromatik dağılım türleri, hızın dalga boyuna bağımlılığına neden olan şeyle tanımlanır.
Dağılım Türleri
İçinmalzeme dağılımı, bu, bir malzemedeki kırılma indisinin dalga boyuna bağlı olarak biraz farklı olduğu anlamına gelir. (Kırılma indisinin n = c/v olduğunu hatırlayın, buradacışığın boşluktaki hızıdır vevverilen ortamdaki ışığın hızıdır.)
Bir malzemenin gerçekte ne kadar ışığı dağıttığı, Abbe sayısı adı verilen bir parametreyle ölçülür. Abbe sayısını hesaplamak için, belirli elementlerin karakteristik ışık emisyonlarından gelen malzemedeki birkaç kırılma indisini ölçmeniz gerekir; bu ışık emisyonları sadece belirli dalga boylarında gerçekleşir, spektrumdaki bu dalga boylarının her birinde ayrı çizgiler oluşturur ve bu çizgilerin modeli her elemente özgüdür.
Abbe sayısını hesaplamak için gereken kırılma indisleri şunlardır: mavinin indisiFhidrojen hattı, sarıDsodyum çizgileri ve hidrojenin kırmızı C çizgisi. Bunlar, ortamdaki farklı kırılma indislerine sahip olacak üç farklı ışık dalga boyudur ve ortam için Abbe sayısı daha sonra aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanır:
v=\frac{n_D-1}{n_F-n_C}
Bir malzeme daha düşük bir Abbe sayısına sahipse, görünür spektrumda daha fazla dağılıma sahip olacaktır.
dalga kılavuzu dağılımıbir dalga kılavuzundaki bir ışık dalgasının hızının, dalga kılavuzunun yapısının geometrisi nedeniyle frekansına bağlı olduğu zamandır. Bir optik fiberde, hem malzeme hem de dalga kılavuzu dağılımı genellikle mevcuttur.
Malzeme dağılımı, dalga boyuna bağlı olarak bir ortamdaki farklı kırılma indisleri nedeniyle oluşur; dalga kılavuzu dağılımı, farklı dalga boylarındaki ışığın farklı hızlarda hareket etmesine neden olan dalga kılavuzunun yapısı nedeniyle oluşur. Başka bir dağılım türü denirpolarizasyon modu dağılımıbir ışık dalgasının hızının ortamdaki polarizasyonuna bağlı olduğu yerde.
Biraz daha karmaşık bir dağılım türügrup hız dağılımı. Işık dalgaları, "sinyaller" veya "darbeler" olarak da bilinen "dalga paketleri" içinde hareket edebilir ve bu darbelerin hızına grup hızı denir. Darbeler içinde farklı frekansların dalga bileşenleri bulunur; grup hız dağılımı, ortamdaki farklı hızlara sahip olmaları nedeniyle bu bileşenler ayrılmaya başladığında meydana gelir. Nabız daha sonra bilgiyi kaybederek "yayılmaya" başlar. Sinyaldeki bu bozulma, optik fiberler kullanan optik iletişim sistemlerinde büyük bir problemdir.
Snell Yasası
Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın ne kadar büküldüğünü Snell yasası belirler. Bir geliş açısı içinθbenve kırılma açısıθr,
n_i\sin{\theta_i}=n_r\sin{\theta_r}
neredenbenolay ortamının kırılma indisidir venrikinci ortamın kırılma indisidir.
Bir ışık dalgası, kırılma indisi yüksek bir ortamdan çok daha düşük indisli bir ortama geçerse, yeterince büyük geliş açısı, Snell yasası, kırılma açısının sinüsünün daha büyük olmasını gerektirir 1. Bu teknik olarak imkansızdır ve bu, ışık dalgasının hiç yansımayacağı anlamına gelir; aslında, iki ortam arasındaki sınırdan tamamen yansıyacaktır. Buna toplam iç yansıma denir.
Rene Descartes da dahil olmak üzere birçok bilim adamı, tarih boyunca bu yasayı bağımsız olarak keşfetti.
Üçgen Prizmalar ve Gökkuşağı
Malzemelerdeki kırılma indisi, daha kısa dalga boylu mavi ışık için daha yüksek ve daha uzun dalga boylu kırmızı ışık için daha düşük olma eğilimindedir. Bu, mavi ışığın dağıtıcı bir ortamda kırmızı ışıktan daha yavaş hareket edeceği anlamına gelir.
Örneğin üçgen bir prizma üzerine beyaz ışık geldiğinde, farklı dalga boylarının dağılması, ışığın farklı renklerle ayrılmasına neden olarak bir gökkuşağı oluşturur.
