色散曲线

2021年9月15日741

色散曲线(dispersion curve)即物质材料的折射率n与波长λ之间的依赖关系曲线。在真空中,光以恒定的速度传播,而且速度与光的频率(波长)无关,在通过任何物质时,光的速度均发生变化,并且不同频率的光波在同一物质中的传播速度不同。光波在物质中的传播速度(或折射率n)随频率(波长λ)而异的现象称为色散(dispersion)。

色散曲线背景

色散曲线

色散的实验事实在折射现象中明显的反映出来,例如,太阳光(或白光)通过棱镜或水晶时发生的色散现象(如图所示),即一束阳光可被棱镜分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光。

该实验现象表明,同一物质对不同的单色光的折射率是不同的,红色光的折射率最小,紫色光的折射率最大。

当它们通过棱镜时,传播方向有不同程度的偏折,因而在离开棱镜便各自分散开来。

1672年牛顿首先通过棱镜折射观察到上述的色散现象,同时他还利用正交棱镜法将色散曲线,即物质材料的折射率n与波长λ之间的依赖关系曲线非常直观地显示了出来。

三棱镜中光色散曲线

色散曲线

三棱镜折射率测量实验的数据处理,首先需要计算出入射光几个特征波长光的最小偏向角。然后代入公式计算对应波长在玻璃中的折射率。最后,用波长和波长对应的折射率绘制三棱镜的色散曲线。

色散曲线特征

色散曲线

物质色散现象是指该物质折射率n或吸收系数α随光波波长λ变化的宏观表现。由于物质与光相互作用的结果,一般色散规律或n值随λ值变化曲线呈非线性色散曲线。

它可以通过测定不同波长λ值时物质的折射率n(λ)值绘制而成,测定物质折射率n值的仪器和方法有各种类型。

在分光计上用最小偏向角方法,测定不同光波波长λ值对应的玻璃折射率n(λ),最后得到玻璃材料色散曲线。最小偏向角方法只能测定固体折射率,其基本原理是将待测的光学材料,例如玻璃制成三棱镜。

光线a代表一束单色平行光,以入射角i1投射到棱镜的AB面上。经棱镜两次折射后以i4角从另一面AC射出来,成为光线t。

经棱镜两次折射,光线传播方向总的变化可用入射光线a和出射光线t延长线的夹角δ来表示,δ叫做偏向角。

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