Rozszczepienie światła

Rozszczepienie światła – rozdzielenia się fali świetlnej na składowe o różnej długości.

Rozszczepienie światła jest wynikiem rozchodzenia się światła przez ośrodki, w których prędkość rozchodzenia się fali zależy od częstotliwości fali, zwanego dyspersją, oraz w wyniku dyfrakcji światła.

Fizyczne podstawy rozszczepienia

Dyspersja 
Gdy fala przechodzi przez granicę ośrodków zachodzi zjawisko załamania. Jeżeli w jednym z ośrodków prędkość rozchodzenia się fali zależy od częstotliwości, to fale o różnej częstotliwości załamują się pod różnymi kątami. W efekcie droga, po której porusza się fala, zależy od jej częstotliwości, czyli zachodzi rozszczepienie.

Dyfrakcja 
Zjawisko rozszczepienia zachodzi również na siatce dyfrakcyjnej. Światło przechodząc przez szczeliny siatki dyfrakcyjnej, ulega dyfrakcji. Fale pochodzące z różnych szczelin ulegają interferencji. Wzmocnienie interferencyjne zależy od odległości szczelin i długości fali, dlatego fale o różnej długości są względem siebie przesunięte. Ich kolejność jest odwrotna od kolejności uzyskanej pryzmatami (opartymi o dyspersję normalną).

Współczynniki załamania dla różnych częstotliwości 
Z prawa załamania światła wynika zależność:
 
gdzie:
 v – prędkość propagacji fali świetlnej,
 c – prędkość światła w próżni,
 n – współczynnik załamania światła przy przejściu z próżni do ośrodka.

W praktyce dla każdego przezroczystego materiału współczynnik załamania zależy od długości fali. Wyznaczona empirycznie zależność, zwana równaniem Sellmeiera, współczynnika załamania od długości fali w próżni, dla szkła przyjmuje postać

 

gdzie:
 B1,2,3 oraz C1,2,3 – stałe dobrane na podstawie pomiarów nazywane współczynnikami Sellmeiera. Dla różnych rodzajów kryształów zależność może przyjąć inne formy.

Szkło – przykład zmian wartości współczynnika załamania 

Jako przykład w tabeli podano wartości współczynników Sellmeiera dla szkła borowo-krzemowego oznaczanego jako BK7. Współczynnik B jest bezwymiarowy, a wartości C podano w mikrometrach².

Oddziaływanie światła z materią 

Światło jako fala elektromagnetyczna to rozchodzące się zaburzenia natężenia pola elektrycznego i magnetycznego. Gdy fala pierwotna przechodzi przez ośrodek, oscylacje pola elektrycznego oddziałują z elektronami substancji wprawiając je w drgania (wymuszone) o częstotliwości zgodnej z częstotliwością fali padającej. Drgania te powodują wytworzenie wtórnej fali elektromagnetycznej, która jest opóźniona w stosunku do fali padającej, fala ta interferuje z pierwotnym promieniowaniem. W wyniku tych zjawisk fala porusza się w substancji wolniej, co odpowiada że powstaje fala o większej długości. Intensywność drgań elektronów zależy od częstotliwości fali padającej, wykazuje zależność typu rezonansowego i jest różna dla różnych materiałów.

Zjawiska optyczne oparte na rozszczepieniu 
Najbardziej znany przykład dyspersji światła to rozszczepienie światła widzialnego na pryzmacie. Jako pierwszy to zjawisko zaobserwował Isaac Newton, badając rozszczepienie światła słońca. Obraz uzyskany dzięki dyspersji pozwala na pomiar widma fali świetlnej.

Jednym z widocznych skutków dyspersji jest powstawanie tęczy. W tym wypadku rozszczepienie zachodzi na kropelkach wody unoszących się w powietrzu.

Zobacz też 
 Dyspersja
 Dyspersja fali

Zjawiska optyczne
Dyfrakcja