پاشندگی (اپتیک)

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 پاشندگی و منشور نمونه‌ای از یک محیط پاشنده‌است.
گونه‌های پاشندگی
اگر رابطه سرعت نور در محیطی با ضریب شکست
را به صورت (C سرعت نور در خلاء) بنویسیم و رابطه و (kبردار موج و  بسامد موج) به ترتیب برای سرعت گروه و فاز در نظر بگیریم آنگاه می‌توان پاشندگی را به صورت زیر تعریف کرد:
\begin{cases
\frac{dk{d\omega= \frac{n{c\left( \frac{\omega{d\frac{dn{d\omega+1 \right ) \\
\frac{d^2\omega{d\omega^2=\frac{d{\omega\left( \frac{1{V_g \right)
\end{cases
که اولی پاشندگی مرتبه اول و دومی پاشندگی مرتبه دوم است.
که این تعاریف به ترتیب وابستگی ضریب شکست برحسب بسامد و سرعت گروه برحسب بسامد را نشان می‌دهند.
پاشندگی مرتبه دوم همان پاشندگی سرعت گروه (GVD) می‌باشد.
از روابط پاشندگی چنان بر می‌آید که زمانی محیط غیر پاشنده است که باشد. به دیگر سخن سرعت فاز و سرعت گروه یکسان باشند. پس اگر تغییرات نمودار k برحسب  غیر خطی باشد محیط پاشنده است. توجه داشته باشید که این تغییرات مربوط به ضریب شکست محیط است.
پاشندگی نرمال
در یک محیط با پاشندگی نرمال(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.
پاشندگی غیرنرمال
در محیط با پاشندگی غیرنرمال(AD) برخلاف محیط ND سرعت فاز کمتر از سرعت گروه است و نیز اینکه در این محیط می‌توان به سرعت گروهی بیش از سرعت نور در خلاء دست یافت.
در این ناحیه دیگر نمودار پاشندگی 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 که از رابطه حاصل می‌شود، می‌تواند مقداری منفی به خود بگیرد.
تذکر: در محیط‌های مادی غیرنرمال سرعت گروه می‌تواند از سرعت فاز و هم سرعت نور در ماده بیشتر باشد.
نواحی پاشندگی غیرنرمال همیشه در حوالی بسامدهای جذب رخ می‌دهد، به این طریق که رابطه مستقیمی میان ضریب شکست و جذب ماده(ضریب خلا) وجود دارد.(که این ارتباط به کمک روابط کرامرز-کرونیگ نشان داده می‌شود)
کاربردها
پاشندگی 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 پاشندگی نرمال و ساخت محیط‌های Soliton و بررسی ایجاد سرعتی فراتر از سرعت نور (Superluminal) اشاره کرد.
پاشندگی بویژه در حالت غیر نرمال AD در شاخه‌های مختلف علم و فناوری بویژه در علم فوتونیک کاربرد بسیار دارد. از این میان می‌توان به تعیین ساختارها و پیکربندی بلورها و مولکول‌ها (بویژه مولکول‌های زیستی)، محاسبه‌ی 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 Phase-Matching و … .
کاربردهای پاشندگی غیر نرمال
شیشه‌های AD
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 تاثیر قرار می‌دهند، که روی هم رفته منجر به بالاتر رفتن کیفیت تصویر می‌گردد.
با ترکیب شیشه‌های AD و شیشه‌های معمولی پراکندگی 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 گران قیمت هستند ولی توانایی ایجاد تصویری واضح و با کیفیت بالا را دارند.
تعیین ساختارها و پیکربندی بلورها
پاشندگی غیرنرمال در مبحث بلورشناسی که امروزه روشی بسیار دقیق برای اندازه گیری شدت X-ray است.
پاشندگی غیرنرمال با طول موجهای مختلف MAD
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 Phase Problem را تسهیل می‌کند.
پاشندگی غیرنرمال با طول یکتا(مشخص)SAD
روشی است در بلورشناسی که به وسیله پرتو X تصویربرداری می‌شود. این روش مشخص کردن ساختار پروتون‌ها را با استفاده از Phase Problem 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 جمع آوری می‌کند کاهش می‌یابد.
استفاده از AD برای تعیین پیکربندی بلورهای مرکز نا متقارن به طور مستقیم
این روش قادر به یافتن زوایای فازی و ثابت‌های ساختار بلوری است و دقت بالایی دارد.
تکنیک پاشندگی غیرنرمال در تعیین پراش نوترون
فرم ایده‌آل این تکنیک بر اساس وابستگی طول موج قسمت‌های حقیقی و موهومی طول پراکندگی نوترون در نزدیکی رزونانس جذب استفاده می‌شود و شامل اندازه‌گیری‌هایی مبتنی بر دو جفت از طول موج است: قسمت حقیقی طول پراکندگی متغیر باشد و قسمت موهومی ثابت و بالعکس (با توجه به روابط کرامرز-کورینگ).
چندین تکنیک برای بررسی پراش نوترون وجود دارد:
پراش مغناطیسی
جانشانی ایزوتوپی(که در نبود میدان مغناطیسی صورت میگیرد)
پاشندگی غیرنرمال
مقایسه این چند روش نشان می‌دهد که پاشندگی غیرنرمال در قیاس با بقیه بسیار ارزان‌تر است ولی طیف طول موجی کمتری را شامل می‌شود زیرا که پاشندگی غیرنرمال دارای طول موج قیدی است.
پاشندگی غیرنرمال Phase-Matched در رنگ سازها(Chromospheres) برای افزایش بازده و پایداریUV
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 اینکار از دوپینگ برخی رنگ سازها بهره می‌گیرند که در ناحیه‌ی AD خود میان نخستین و دومین هارمونی کمترین را دارند.
روابط کرامرز-کورینگ
روابط دو طرفه کرامرز-کورینگ برای محاسبه‌ی قسمت حقیقی از قسمت موهومی هر تابع مختلط که در نیم صفحه‌ی 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 پراکندگی هادرونیک کاربرد دارند.
و
انواع پاشندگی در فیبر