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光的色散(dispersion)

文/陳育霖

同一光學介質，對不同波長光(就是指不同顏色)的折射率是不同的, 或者說不同波長光在介質中的光速並不相同. 所以根據折射定律或者司乃耳定律(Snell's Law), 白光進入玻璃三稜鏡之後, 不同波長光的折射角並不相同.

由圖上可以看出白光進入稜鏡之後發生的折射, 藍光行進方向偏折較多, 紅光行進方向偏折較少.

此 外, 司乃耳定律(Snell's Law)可以換成一句口語, 介質光速較快則折射角或入射角較大; 介質光速較慢則折射角或入射角較小. 為了方便觀察, 將三稜鏡轉60度角, 換成多數人熟悉的折射定律的示意圖, 可以看出, 藍光與紅光作比較, 紅光的折射角較大所以在稜鏡介質中的光速較快; 藍光的折射角較小所以顯然在稜鏡介質中的光速較慢.

考慮光在介質中傳遞時, 不同波長(不同頻率)的光會有不同光速, 造成原本路徑一致的白光會因讓不同色光分開, 這就是色散現象. 表現的是頻率與光速間的對應關係.



Anne Marie Helmenstine博士在她的網頁上做了以下這個GIF圖, 可以清楚示意白光進入稜鏡的色散.
以週期波動現象來理解, 紅光波長較長(紅色顆粒間距較大), 且在介質中波速較快(紅球跑得比藍球快), 紫藍綠黃紅球連線得偏斜方向, 可以幫忙預測光在折射現象中的偏折方向.
Anne Marie Helmenstine博士官方網頁