冒牌自然老師

光的色散(dispersion)

文/陳育霖

除了真空以外, 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, 這就是物理中常見的色散(dispersion)[或者就物理當中更常使用的概念則是波動的傳遞速度是振動頻率的函數]. 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