پراکنش (نورشناسی)
پراکنش یا پاشندگی یا پاشش پدیده‌ایست که در آن سرعت فاز یک موج به بسامد آن وابسته‌است. درمحیط‌های پاشنده، ضریب شکست برای امواج با بسامدهای گوناگون ناهمسان است، به این دلیل امواج با بسامدهای گوناگون در این محیط‌ها با سرعت‌های گوناگون حرکت کند که موجب پاشش یا پاشیدگی آنها می‌گردد.
پدیده‌ای که در منشور روی‌می‌دهد، نمونه‌ای از پراکنش و منشور نمونه‌ای از یک محیط پاشنده‌است.
اگر رابطه سرعت نور در محیطی با ضریب شکست formula_1 را به صورت formula_2 (C سرعت نور در خلاء) بنویسیم و رابطه formula_3 و formula_4 (kبردار موج و ω بسامد موج) به ترتیب برای سرعت گروه و فاز در نظر بگیریم آنگاه می‌توان پراکنش را به صورت زیر تعریف کرد:
formula_5
که اولی پراکنش مرتبه اول و دومی پراکنش مرتبه دوم است.
که این تعاریف به ترتیب وابستگی ضریب شکست برحسب بسامد و سرعت گروه برحسب بسامد را نشان می‌دهند. پراکنش مرتبه دوم همان پراکنش سرعت گروه (GVD) می‌باشد.
از روابط پراکنش چنان بر می‌آید که زمانی محیط غیر پاشنده است که formula_6 باشد. به دیگر سخن سرعت فاز و سرعت گروه یکسان باشند. پس اگر تغییرات نمودار k برحسب ω غیر خطی باشد محیط پاشنده است. توجه داشته باشید که این تغییرات مربوط به ضریب شکست محیط است.
در یک محیط با پراکنش عادی (ND) سرعت گروه از سرعت فاز کمتر است و در آن ضریب شکست با افزایش بسامد زیاد می‌شود. این گفته را می‌توان در هنگام عبور نور از یک منشور معمولی مشاهده کرد. هر رنگ خروجی از منشور دارای زاویه انحراف منحصر به فرد خود می‌باشد، رنگ آبی بیشتر از رنگ‌های دیگر خم می‌شود و آرام‌تر از رنگ قرمز محیط را سیر می‌کند و نسبت به رنگ‌های دیگر به قاعده منشور نزدیکتر است.
در محیط با پراکنش غیرعادی (AD) برخلاف محیط ND سرعت فاز بیشتر از سرعت گروه است و نیز اینکه در این محیط می‌توان به سرعت فازی بیش از سرعت نور در خلاء دست یافت (که البته مغایر با نسبیت نیست). در این ناحیه دیگر نمودار پراکنش مانند انتظار عمل نمی‌کند و در منطقه‌ای که این رژیم حاکم است رفتار جذبی قوی‌ای را شاهد هستیم، که باعث می‌شود محیط کدر یا غیر شفاف شود. در این ناحیه formula_7 که از رابطهformula_8 حاصل می‌شود، می‌تواند مقداری منفی به خود بگیرد. تذکر: در محیط‌های مادی غیرعادی سرعت گروه می‌تواند از سرعت فاز و هم سرعت نور در ماده بیشتر باشد. نواحی پراکنش غیرعادی همیشه در حوالی بسامدهای جذب رخ می‌دهد، به این طریق که رابطه مستقیمی میان ضریب شکست و جذب ماده (ضریب خلأ) وجود دارد. (که این ارتباط به کمک روابط کرامرز-کرونیگ نشان داده می‌شود)
پراکنش یک حالت فراگیر در هنگام عبور نور از یک محیط به محیط دیگر با ضریب شکست متفاوت محسوب می‌شود. دانشمندان و پژوهشگران این پدیده بارها مورد بررسی قرار داده‌اند. به عنوان نمونه مطالعات ایشان برای کاهش شدید سرعت نور به وسیله پراکنش عادی و ساخت محیط‌های سالیتون و بررسی ایجاد سرعتی فراتر از سرعت نور اشاره کرد. پراکنش به‌ویژه در حالت غیرعادی AD در شاخه‌های مختلف علم و فناوری به‌ویژه در علم فوتونیک کاربرد بسیار دارد. از این میان می‌توان به تعیین ساختارها و پیکربندی بلورها و مولکول‌ها (به‌ویژه مولکول‌های زیستی)، محاسبهٔ تداخل‌سنجی‌ها و تعیین الگوهای تداخل و پراش، ترجمه و رندرینگ داده‌های گرافیکی در سازه‌های گرافیکی رایانه‌ها، بهبود و افزایش کیفیت تصویر در عکس برداری‌ها، بالا بردن بازده و پایداری اشعه‌های سودمندی چون UV (در فرایندهای زیراکس و لیتوگرافی) به کمک پدیده تطبیق-فازی (Phase-Matching) و ….
شیشه‌های AD یک نوع خاص از شیشه‌های اپتیکی هستند که برای هرچه دقیق‌تر کنترل کردن انحراف‌های رنگی طول موج مشخصی از نور پراکنده شده تحت تأثیر قرار می‌دهند، که روی هم رفته منجر به بالاتر رفتن کیفیت تصویر می‌گردد. با ترکیب شیشه‌های AD و شیشه‌های معمولی پراکنشی با ویژگی‌های مختلف را خواهیم داشت، که این امکان را به ما می‌دهد که به وسیله آن یک طول موج مشخص را کنترل کنیم. شیشه‌های AD گران‌قیمت هستند ولی توانایی ایجاد تصویری واضح و با کیفیت بالا را دارند.
پراکنش غیرعادی در مبحث بلورشناسی که امروزه روشی بسیار دقیق برای اندازه‌گیری شدت پرتو ایکس است.
روشی است در بلورشناسی که به وسیله پرتو X تصویربرداری می‌شود. این روش بدست آوردن ساختار سه بعدی مولکولهای بزرگ زیستی مثل DNA و پذیرنده‌های دارو با استفاده از مشکل فاز را تسهیل می‌کند.
روشی است در بلورشناسی که به وسیله پرتو X تصویربرداری می‌شود. این روش مشخص کردن ساختار پروتون‌ها را با استفاده از مشکل فاز تسهیل می‌کند. این روش برخلاف MAD تنها با یک طول موج مناسب کار می‌کند. مزیت استفاده از این روش کمینه کردن زمانی است که کریستال در معرض پرتو قرار می‌گردد، بنابرین زیانهای ناشی از پتانسیل تابشی مولکول زمانی که اطلاعات را جمع‌آوری می‌کند کاهش می‌یابد.
این روش قادر به یافتن زوایای فازی و ثابت‌های ساختار بلوری است و دقت بالایی دارد.
فرم ایدئال این تکنیک بر اساس وابستگی طول موج قسمت‌های حقیقی و موهومی طول پراکنش نوترون در نزدیکی رزونانس جذب استفاده می‌شود و شامل اندازه‌گیری‌هایی مبتنی بر دو جفت از طول موج است: قسمت حقیقی طول پراکنش متغیر باشد و قسمت موهومی ثابت و بالعکس (با توجه به روابط کرامرز-کورینگ). چندین تکنیک برای بررسی پراش نوترون وجود دارد:
مقایسه این چند روش نشان می‌دهد که پراکنش غیرعادی در قیاس با بقیه بسیار ارزان‌تر است ولی طیف طول موجی کمتری را شامل می‌شود زیرا که پراکنش غیرعادی دارای طول موج قیدی است.
در این روش با تولید بسامدی کارآمد به کمک موجبر در دومین هارمونیک تولید شده توسط Phase-Matched پرتو پایدار می‌ماند و بازده خروجی آن افزایش می‌یابد. برای این کار از آلایش برخی رنگ‌سازها بهره می‌گیرند که در ناحیهٔ AD خود میان نخستین و دومین هارمونی کمترین را دارند.
روابط دو طرفه کرامرز-کرونیگ برای محاسبهٔ قسمت حقیقی از قسمت موهومی هر تابع مختلط که در نیم صفحهٔ بالایی تحلیلی باشند، به کار گرفته می‌شوند و بالعکس. این روابط یک جفت ویژه تبدیل هیلبرت‌اند که می‌توانند ثابت جذب یا ضریب میرایی را به ضریب شکست محیط مربوط سازند. این روابط در اسپکتروسکوپی الکترون و پراکنش هادرونیک کاربرد دارند.
formula_9
و