色散 (光學)

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自然光通過三棱镜后,因光的色散造成不同顏色(实质上是不同频率)的光折射到不同的方向,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。这使自然光(由多种波长的光混合组成)在穿过不同的介质时发生折射现象,组成自然光的不同波长的光線分离,这种现象称为自然光的色散,简称光的色散。这里的自然光是指正常人类用眼睛能看到的光。一般来说,光的波长越小,折射率越大:(在自然光中)紫色光折射率最大,红色光折射率最小(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。光的色散现象是人类了解并探索光和光的特性的基本实验现象。可以使用三棱镜衍射光栅干涉仪等实验装置来进行光的色散实验。

对于可见光,一般的透明物质:

如果

那麼

或可用以下表达式表示:

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,由物质的种类决定。只需测定三个不同波长的光的折射率n(λ),代入柯西色散公式中,便可得到三个联立方程式。解这组联立方程式就可以得到这种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的光的折射率,而不需要再进行测量。

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(其一)[编辑]

在日光下使用一桶水和一片鏡子就可以觀察光的色散現象了。为了便于观察现象,实验中光路需要較大的出射角来增大色散角度。此演示實驗中鏡子起到調整日光出射水面角度的作用。

参考文献[编辑]

参见[编辑]