色散 (光學)

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自然光通過三稜鏡後,因光的色散造成不同顏色(實質上是不同頻率)的光折射到不同的方向,形成可見光譜

光學中,對於不同波長的光,介質折射率n(λ)也不同。這使自然光(由多種波長的光混合組成)在穿過不同的介質時發生折射現象,組成自然光的不同波長的光線分離,這種現象稱為自然光的色散,簡稱光的色散。這裡的自然光是指正常人類用眼睛能看到的光。一般來說,光的波長越小,折射率越大:(在自然光中)紫色光折射率最大,紅色光折射率最小(見右圖)。

光的色散現象說明光在介質中的速度 v=c/n(或折射率n)隨光的頻率 f 而變。光的色散證明了光具有波動性。光的色散現象是人類了解並探索光和光的特性的基本實驗現象。可以使用三稜鏡衍射光柵干涉儀等實驗裝置來進行光的色散實驗。

對於可見光,一般的透明物質:

如果

那麼

或可用以下表達式表示:

法國數學家柯西發現折射率和光波長的關係,可以用一個級數表示:

其中B, C, D是三個柯西色散係數,由物質的種類決定。只需測定三個不同波長的光的折射率n(λ),代入柯西色散公式中,便可得到三個聯立方程式。解這組聯立方程式就可以得到這種物質的三個柯西色散係數。有了三個柯西色散係數,就可以計算出其他波長的光的折射率,而不需要再進行測量。

除了柯西色散公式之外,還有其他的色散公式,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)[編輯]

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。為了便於觀察現象,實驗中光路需要較大的出射角來增大色散角度。此演示實驗中鏡子起到調整日光出射水面角度的作用。

參考文獻[編輯]

參見[編輯]