| 基本簡介 |
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進(jìn)入鉆石內(nèi)的光線，根據(jù)不同瓣面角度作內(nèi)部反射，光線的分配反射產(chǎn)生彩虹七色，稱為色散。
在光纖傳輸領(lǐng)域內(nèi)是指：光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。
只發(fā)生在多模光纖，因?yàn)椴煌Ｊ降墓庋刂煌穆窂絺鬏敗?/p>
不同波長的光行進(jìn)速度不同。
發(fā)生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時(shí)，會(huì)以稍有不同的速度行進(jìn)。在單模光纖中，通過改變光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)來改變光纖的色散非常重要。復(fù)合光通過三棱鏡等分光器被分解為各種單色光的現(xiàn)象，叫做光的色散。分開的單色光依次排列而成的光帶叫做光譜。各種顏色的光在真空中都以恒定的速度 傳播；而在介質(zhì)中，光波的傳播速度要減??；而且不同波長的光波，傳播速度也各不相同。因此，同一介質(zhì)對(duì)不同的單色光折射率是不同的，紅色光的折射率最小，紫色光的折射率最大。介質(zhì)折射率隨光波頻率或真空中的波長而變的現(xiàn)象。當(dāng)復(fù)色光在介質(zhì)界面上折射時(shí)，介質(zhì)對(duì)不同波長的光有不同的折射率，各色光因折射角不同而彼此分離。1672年，牛頓利用三棱鏡將太陽光分解成彩色光帶，這是人們首次作的色散實(shí)驗(yàn)。通常用介質(zhì)的折射率n或色散率dn/dλ與波長λ的關(guān)系來描述色散規(guī)律。任何介質(zhì)的色散均可分正常色散和反常色散兩種。
復(fù)色光分解為單色光而形成光譜的現(xiàn)象．讓一束白光射到玻璃棱鏡上，光線經(jīng)過棱鏡折射以后就在另一側(cè)面的白紙屏上形成一條彩色的光帶，其顏色的排列是靠近棱鏡頂角端是紅色，靠近底邊的一端是紫色，中間依次是橙黃綠藍(lán)靛，這樣的光帶叫光譜．光譜中每一種色光不能再分解出其他色光，稱它為單色光．由單色光混合而成的光叫復(fù)色光．自然界中的太陽光、白熾電燈和日光燈發(fā)出的光都是復(fù)色光．在光照到物體上時(shí)，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收。如果物體是透明的，還有一部分透過物體。不同物體，對(duì)不同顏色的反射、吸收和透過的情況不同，因此呈現(xiàn)不同的色彩。
中國古代對(duì)光的色散現(xiàn)象的認(rèn)識(shí) 中國古代對(duì)光的色散現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)最早起源于對(duì)自然色散現(xiàn)象——虹的認(rèn)識(shí)．虹，是太陽光沿著一定角度射入空氣中的水滴所引起的比較復(fù)雜的由折射和反射造成的一種色散現(xiàn)象．中國早在殷代甲骨文里就有了關(guān)于虹的記載．當(dāng)時(shí)把“虹”字寫成“絳”．戰(zhàn)國時(shí)期《楚辭》中有把虹的顏色分為“五色”的記載．東漢蔡邕（132~192年）在《月令章句》中對(duì)虹的形成條件和所在方位作了描述．唐初孔穎達(dá)（574~648年）在《禮記注疏》中粗略地揭示出虹的光學(xué)成因：“若云薄漏日，日照雨滴則生虹”說明虹是太陽光照射雨滴所產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象．公元八世紀(jì)中葉，張志和（744~773年）在《玄真子·濤之靈》中第一次用實(shí)驗(yàn)方法研究了虹，而且是第一次有意識(shí)地進(jìn)行的白光色散實(shí)驗(yàn)：“背日噴呼水成虹霓之狀，而不可直也，齊乎影也”。
唐代以后，不斷有人重復(fù)類似的實(shí)驗(yàn)，如南宋朝蔡卞進(jìn)行了一個(gè)模擬“日照雨滴”的實(shí)驗(yàn)，把虹和日月暈現(xiàn)象聯(lián)系起來，有意說明虹的產(chǎn)生是一種色散過程，并指出了虹和陽光位置之間的關(guān)系．南宋程大昌（1123~1195年）在《演繁露》中記述了露滴分光的現(xiàn)象，并指出，日光通過一個(gè)液滴也能化為多種顏色，實(shí)際是色散，而這種顏色不是水珠本身所具有，而是日光的顏色所著，這就明確指出了日光中包含有數(shù)種顏色，經(jīng)過水珠的作用而顯現(xiàn)出來，可以說，他已接觸到色散的本質(zhì)了．在我國從晉代開始，許多典籍都記載了晶體的色散現(xiàn)象．如記載過孔雀毛及某種昆蟲表皮在陽光下不斷變色的現(xiàn)象，云母片向日舉之可觀察到各種顏色的光．李時(shí)珍也曾指出較大的六棱形水晶和較小的水晶珠，都能形成色散．到了明末，方以智（1611~1671年）在所著《物理小識(shí)》中綜合前人研究的成果，對(duì)色散現(xiàn)象作了極精彩的概括，他把帶棱的自然晶體和人工燒制的三棱晶體將白光分成五色，與向日噴水而成的五色人造虹、日光照射飛泉產(chǎn)生的五色現(xiàn)象，以及虹霓之彩、日月之暈、五色之云等自然現(xiàn)象聯(lián)系起來，認(rèn)為“皆同此理”即都是白光的色散．所有這些都表明中國明代以前對(duì)色散現(xiàn)象的本質(zhì)已有了較全面的認(rèn)識(shí)，但也反映中國古代物理學(xué)知識(shí)大都是零散、經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)。
在光學(xué)發(fā)展的早期，對(duì)顏色的解釋顯得特別困難．在牛頓以前，歐洲人對(duì)顏色的認(rèn)識(shí)流行著亞里士多德的觀點(diǎn)．亞里士多德認(rèn)為，顏色不是物體客觀的性質(zhì)，而是人們主觀的感覺，一切顏色的形成都是光明與黑暗、白與黑按比例混合的結(jié)果．1663年波義耳也曾研究了物體的顏色問題，他認(rèn)為物體的顏色并不是屬于物體的帶實(shí)質(zhì)性的性質(zhì)，而是由于光線在被照射的物體表面上發(fā)生變異所引起的．能完全反射光線的物體呈白色，完全吸收光線的物體呈黑色．另外還有不少科學(xué)家，如笛卡兒、胡克等也都討論過白光分散或聚集成顏色的問題，但他們都主張紅色是大大地濃縮了的光，紫光是大大地稀釋了的光這樣一個(gè)復(fù)雜紊亂的理論．所以在牛頓以前，由棱鏡產(chǎn)生的折射被假定是實(shí)際上產(chǎn)生了色，而不是僅僅把已經(jīng)存在的色分離開來．
（1）設(shè)計(jì)并進(jìn)行三棱鏡實(shí)驗(yàn)當(dāng)白光通過無色玻璃和各種寶石的碎片時(shí)，就會(huì)形成鮮艷的各種顏色的光，這一事實(shí)早在牛頓的幾個(gè)世紀(jì)之前就已有了解，可是直到十七世紀(jì)中葉以后，才有牛頓通過實(shí)驗(yàn)研究了這個(gè)問題．該實(shí)驗(yàn)被評(píng)為“物理最美實(shí)驗(yàn)”之一。
牛頓首先做了一個(gè)有名的三棱鏡實(shí)驗(yàn)，他在著作中記載道：“1666年初，我做了一個(gè)三角形的玻璃棱柱鏡，利用它來研究光的顏色．為此，我把房間里弄成漆墨的，在窗戶上做一個(gè)小孔，讓適量的日光射進(jìn)來．我又把棱鏡放在光的入口處，使折射的光能夠射到對(duì)面的墻上去，當(dāng)我第一次看到由此而產(chǎn)生的鮮明強(qiáng)烈的光色時(shí)，使我感到極大的愉快．”牛頓的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下圖：通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，在墻上得到了一個(gè)彩色光斑，顏色的排列是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫．牛頓把這個(gè)顏色光斑叫做光譜．
（2）進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，獲得純光譜
牛頓在上述實(shí)驗(yàn)中所得到的光譜是不純的，他認(rèn)為光譜之所以不純是因?yàn)楣庾V是由一系列相互重疊的圓形色斑的像所組成．牛頓為了獲得很純的光譜，便設(shè)計(jì)了一套光學(xué)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖所示：
用白光通過一透鏡后照亮狹縫S，狹縫后放一會(huì)聚透鏡（凸透鏡）以便形成狹縫S的像s‘．然后在透鏡的光路上放一個(gè)棱鏡．結(jié)果光通過棱鏡因偏轉(zhuǎn)角度不同而被分開，以至在白色光屏上形成一個(gè)由紅到紫的光譜帶．這個(gè)光譜帶是由一系列彼此鄰接的狹縫的彩色像組成的．若狹縫做得很窄，重疊現(xiàn)象就可以減小到最低限度，因而光譜也變得很純．
（3）牛頓提出解釋光譜的理論
牛頓為了解釋三棱鏡實(shí)驗(yàn)中白光的分解現(xiàn)象，認(rèn)為白光是由各種不同顏色光組成的，玻璃對(duì)各種色光的折射率不同，當(dāng)白光通過棱鏡時(shí)，各色光以不同角度折射，結(jié)果就被分開成顏色光譜．白光通過棱鏡時(shí)，向棱鏡的底邊偏折，紫光偏折最大，紅光偏折最?。忡R使白光分開成各種色光的現(xiàn)象叫做色散．嚴(yán)格地說，光譜中有很多各種顏色的細(xì)線，它們都及平滑地融在相鄰的細(xì)線里，以至使人覺察不到它的界限．
（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述理論的正確性
為了進(jìn)一步研究光的顏色，驗(yàn)證上述理論的正確性，牛頓又做了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖所示：
牛頓在觀察光譜的屏幕DE上打一小孔，再在其后放一有小孔的屏幕de，讓通過此小孔的光是具有某種顏色的單色光．牛頓在這個(gè)光束的路徑上再放上第二個(gè)棱鏡abc，它的后面再放一個(gè)新的觀察屏V．實(shí)驗(yàn)表明，第二個(gè)棱鏡abc只是把這個(gè)單色光束整個(gè)地偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，而并不改變光的顏色．實(shí)驗(yàn)中，牛頓轉(zhuǎn)動(dòng)第一個(gè)棱鏡ABC，使光譜中不同顏色的光通過DE和de屏上的小孔，在所有這些情況下，這些不同顏色的單色光都不能被第二個(gè)棱鏡再次分解，它們各自通過第二個(gè)檢鏡后都只偏轉(zhuǎn)一定的角度，而且發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同顏色的光偏轉(zhuǎn)的角度不同．
通過這些實(shí)驗(yàn)，牛頓得出結(jié)論：白光能分解成不同顏色的光，這些光已是單色的了，棱鏡不能再分解它們．
（5）單色光復(fù)合為白光的實(shí)驗(yàn)
白光既然能分解為單色光，那么單色光是否也可復(fù)合為白光呢”為此牛頓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．如圖55所示，把光譜成在一排小的矩形平面鏡上，就可使光譜的色光重新復(fù)合為白光．調(diào)節(jié)各平面鏡與入射光的夾角，使各反射光都落在光屏的同一位置上，這樣就得到一個(gè)白色光班．
牛頓指出，還可以用另一種方法把色光重新復(fù)合為白光．把光譜畫在圓盤上成扇形，然后高速旋轉(zhuǎn)這個(gè)圓盤，圓盤就呈現(xiàn)白色．這種實(shí)驗(yàn)效果一般稱為“視覺暫留效應(yīng)”．眼睛視網(wǎng)膜上所成的像消失后，大腦還可以把印象保留零點(diǎn)幾秒種．從而，大腦可將迅速變化的色像復(fù)合在一起，就形成一個(gè)靜止的白色像．在電視屏幕上或電影屏幕上，我們能夠看到連續(xù)的圖像，其原因也正在于利用了人的“視覺暫留效應(yīng)”．
（6）牛頓對(duì)光的色散研究成果．
牛頓通過一系列的色散實(shí)驗(yàn)和理論研究，把結(jié)果歸納為幾條，其要點(diǎn)如下：
①光線隨著它的折射率不同而顏色各異．顏色不是光的變樣，而是光線本來就固有的性質(zhì)．
②同一顏色屬于同一折射率，反之亦然．
③顏色的種類和折射的程度為光線所固有，不因折射、反射和其它任何原因而變化．
④必須區(qū)別本來單純的顏色和由它們復(fù)合而成的顏色．
⑤不存在自身為白色的光線．白色是由一切顏色的光線適當(dāng)混合而產(chǎn)生的．事實(shí)上，可以進(jìn)行把光譜的顏色重新合成而得到白光的實(shí)驗(yàn)．
⑥根據(jù)以上各條，可以解釋三棱鏡使光產(chǎn)生顏色原因與虹的原理等．
⑦自然物的顏色是由于該物質(zhì)對(duì)某種光線反射得多，而對(duì)其他光線反射得少的原因．
⑧由此可知，顏色是光（各種射線）的質(zhì)，因而光線本身不可能是質(zhì)．因?yàn)轭伾@樣的質(zhì)起源于光之中，所以現(xiàn)在有充分的根據(jù)認(rèn)為光是實(shí)體．
（7）牛頓對(duì)于光的色散現(xiàn)象的研究方法的特點(diǎn)．
從以上可看出牛頓在對(duì)光的色散研究中，采用了實(shí)驗(yàn)歸納——假說理論——實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的典型的物理規(guī)律的研究方法，并滲透著分析的方法（把白光分解為單色光研究）和綜合的方法（把單色光復(fù)合為白光）等物理學(xué)研究的方法．
光的色散說明了光具有波動(dòng)性。因?yàn)樯⑹枪獾某煞郑ú煌猓┱凵渎什煌鸬模凵渎视刹ǖ念l率決定。光具有粒子性最典型的例子就是光電效應(yīng)。
進(jìn)入鉆石內(nèi)的光線，根據(jù)不同瓣面角度作內(nèi)部反射，光線的分配反射產(chǎn)生彩虹七色，稱為色散。
在光纖傳輸領(lǐng)域內(nèi)是指：光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。
只發(fā)生在多模光纖，因?yàn)椴煌Ｊ降墓庋刂煌穆窂絺鬏敗?/p>
不同波長的光行進(jìn)速度不同。
發(fā)生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時(shí)，會(huì)以稍有不同的速度行進(jìn)。在單模光纖中，通過改變光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)來改變光纖的色散非常重要。復(fù)合光通過三棱鏡等分光器被分解為各種單色光的現(xiàn)象，叫做光的色散。分開的單色光依次排列而成的光帶叫做光譜。各種顏色的光在真空中都以恒定的速度傳播；而在介質(zhì)中，光波的傳播速度要減?。欢也煌ㄩL的光波，傳播速度也各不相同。因此，同一介質(zhì)對(duì)不同的單色光折射率是不同的，紅色光的折射率最小，紫色光的折射率最大。介質(zhì)折射率隨光波頻率或真空中的波長而變的現(xiàn)象。當(dāng)復(fù)色光在介質(zhì)界面上折射時(shí)，介質(zhì)對(duì)不同波長的光有不同的折射率，各色光因折射角不同而彼此分離。1672年，牛頓利用三棱鏡將太陽光分解成彩色光帶，這是人們首次作的色散實(shí)驗(yàn)。通常用介質(zhì)的折射率n或色散率dn/dλ與波長λ的關(guān)系來描述色散規(guī)律。任何介質(zhì)的色散均可分正常色散和反常色散兩種。
復(fù)色光分解為單色光而形成光譜的現(xiàn)象．讓一束白光射到玻璃棱鏡上，光線經(jīng)過棱鏡折射以后就在另一側(cè)面的白紙屏上形成一條彩色的光帶，其顏色的排列是靠近棱鏡頂角端是紅色，靠近底邊的一端是紫色，中間依次是橙黃綠藍(lán)靛，這樣的光帶叫光譜．光譜中每一種色光不能再分解出其他色光，稱它為單色光．由單色光混合而成的光叫復(fù)色光．自然界中的太陽光、白熾電燈和日光燈發(fā)出的光都是復(fù)色光．在光照到物體上時(shí)，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收。如果物體是透明的，還有一部分透過物體。不同物體，對(duì)不同顏色的反射、吸收和透過的情況不同，因此呈現(xiàn)不同的色彩。
1936年科希研究了材料在可見光區(qū)的折射率，將色散曲線表示為
此式稱為科希公式，式中的a、b、c表征材料的特征的常數(shù)。我們把符合這一規(guī)律的色散稱為正常色散，否則稱為反常色散。一般來說，材料在吸收帶附近，折射率均會(huì)發(fā)生突變（如圖所示），顯示出反常色散。
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