ДИСПЕРСИЯ СВЕТА

ДИСПЕРСИЯ СВЕТА

       

зависимость преломления показателя n в-ва от частоты n (длины волны l) света или зависимость фазовой скорости световых волн от их частоты. Следствие Д. с.— разложение в спектр пучка белого света при прохождении его сквозь призму (см. СПЕКТРЫ ОПТИЧЕСКИЕ). Изучение этого спектра привело И. Ньютона (1672) к открытию Д. с. Для в-в, прозрачных в данной области спектра, n увеличивается с увеличением v (уменьшением l), чему и соответствует распределение цветов в спектре; такая зависимость n от l наз. нормальной Д. с.

Рис. 1. Зависимость показателя преломления (сплошная линия) и поглощения (пунктирная линия) от длины волны в нм для тонкой призмы из красителя цианина.

Вблизи полос поглощения в-ва изменение n с изменением l значительно сложнее. Так, для тонкой призмы из р-ра цианина в области поглощения (рис. 1) красные лучи преломляются сильнее фиолетовых, а наименее преломляемым будет зелёный, затем синий (т. н. аномальная Д. с.— уменьшение и с уменьшением l). У всякого в-ва имеются свои полосы поглощения, и общий ход показателя

Рис. 2. Аномальная дисперсия в парах натрия (фотография Д. С. Рождественского).

преломления обусловлен распределением этих полос по спектру. Для наблюдения Д. с. в узких спектр. линиях разработаны спец. методы, основанные на интерференции. На рис. 2 показан вид интерференц. полос в области аномальной дисперсии паров натрия.

Преломление света в в-ве возникает вследствие изменения фазовой скорости света; показатель преломления n=c/cф, где cф—фазовая скорость его в данной среде. По эл.-магн. теории света cф=с/?em, где e— диэлектрич. проницаемость, m — магн. проницаемость. В оптич. области спектра для всех в-в m очень близка к единице. Поэтому n=?e и Д. с. объясняется зависимостью e от частоты. Эта зависимость определяется вз-ствием эл.-магн. поля световой волны с атомами и молекулами, приводящими к поглощению; показатель преломления при этом становится комплексной величиной n^=n+ic, где c — характеризует поглощение. В видимой и УФ областях спектра осн. значение имеют колебания эл-нов, а в ИК — колебания ионов.

Согласно классич. представлениям, под действием электрич. поля световой волны эл-ны атомов или молекул совершают вынужденные колебания с частотой, равной частоте приходящей волны. При приближении частоты световой волны к частоте собств. колебаний эл-нов возникает явление резонанса, обусловливающее поглощение света. Наличие собств. частоты колебаний приводит к зависимости n от n, хорошо передающей весь ход Д. с. как вблизи полос поглощения, так и вдали от них. Для того чтобы получить количеств. совпадение с опытом, в классич. теории приходилось вводить для каждой линии поглощения нек-рые эмпирич. константы («силы осцилляторов»). Согласно электронной теории, справедливы приближённые ф-лы:

где N — число ч-ц в ед. объёма, m — масса эл-на, g — коэфф. затухания. На рис. 3 приведены графики зависимости n и c от n/n0.

Квант. теория подтвердила качеств. результаты классич. теории и, кроме того, дала возможность связать эти константы с др. хар-ками электронных оболочек атомов (с их волновыми функциями в разных энергетич. состояниях).

Рис. 3. Графики зависимости n и c от n/n0.

Квант. теория объяснила также особенности Д. с., наблюдающиеся в тех случаях, когда имеется значит. число атомов в возбуждённых состояниях (т. н. отрицательная Д. с.).

Д. с. в прозрачных материалах, применяемых в оптич. приборах, имеет большое значение при расчёте спектральных приборов, при расчёте ахроматич. линз или призм, для уничтожения Д. с., вызывающей хроматическую аберрацию, и др.

Вращательная дисперсия — изменение угла вращения плоскости поляризации j в зависимости от длины волны К. В прозрачных в-вах угол j обычно возрастает с уменьшением К, причём для нек-рых сред приближённо выполняется закон Био: j=К/l2 (К — постоянная для данного в-ва). Вращательная Д. с. такого типа наз. нормальной. В области поглощения света ход вращательной Д. с. значительно сложнее, причём угол j может достигать огромных величин (аномальная вращат. дисперсия). (см. ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.