光的色散

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自然光通過三棱镜后,因色散造成不同顏色折射至不同的角度,形成可见光谱

光學中,对于不同波长的光,介质折射率n(λ)也不同。此令自然光(由多种波长的光混合组成)在穿过介质时被折射,而组成自然光的不同波长的光線分開,这种现象称为自然光的色散,简称光的色散。这里的光是指自然光,指通常人类用眼睛看到的光。一般波长越小,折射率越大:蓝色光折射率大,红色光折射率小(见右图)。

光的色散现象说明光在介质中的速度 v=c/n(或折射率n)随光的频率 f 而变。光的色散证明了光具有波动性。光的色散是人类探索和了解光及光的特性的基本实验现象。光的色散可以用三棱镜衍射光栅干涉仪等来实现。

对于可见光,一般的透明物质:

如果

那麼

或可用以下表示:

,

法国数学家柯西发现折射率和光波长的关系,可以用一个级数表示:

其中B, C, D是三个柯西色散係数,因不同的物质而不同。只须测定三个不同的波长下的折射率n(λ),代入柯西色散公式中可得到三个联立方程式,解这组联立方程式就可以得到这物质的三个柯西色散系数。有了三个柯西色散系数,就可以计算出其他波长下的折射率不需要再测量。

除了柯西色散公式之外,还有其他的色散公式,如Hartmann色散公式、Conrady色散公式、Hetzberger色散公式等。

簡易的色散演示實驗[编辑]

於日光下使用一桶水和一片鏡子可以觀察水的色散現象,色散現象需要較高之出射角以使色散角度增大以便於觀察,此演示實驗中鏡子即擔任此調整日光出射水面角度之工作。

參考資料[编辑]