光的色散guang de sesan

复色光分解为单色光而形成光谱的现象。色散可以利用棱镜，光栅或干涉仪等色散系统来实现。复色光进入棱镜后，由于它对不同频率的光有不同的折射率，因而折射角不同，离开棱镜时就各自分散，形成色散。复色光通过光栅或干涉仪时，由于光的衍射和干涉作用，也能使各种单色光分散开来。广义上说，色散不仅指光波按频率的分散，任何物理量只要随频率而变，都称色散。例如旋光色散，是指振动面旋转的角度随频率而变。光的色散的研究始于1666年I.牛顿用棱镜形成太阳光谱。对棱镜的色散是研究得最多的。常用的光学玻璃，其折射率随光的频率的增大（波长的减小）而增大，如紫光的折射率较红光的为大。这种色散称为正常色散。描述正常色散的公式是A.L.柯西在1836年给出的：n(λ)=A十B/λ²+C/λ⁴。这是一个实验规律，称柯西公式，其中常量A、B、C由实验测定。一般取两项就足够准确了，n(λ)=A+B/λ²。为表征媒质折射率随波长的变化程度，引入色散率p，或称媒质的色散，由柯西公式得，dn/dλ=-2B/λ₄ ，正常色散满足dn/dλ<0。但1860年F.P.勒鲁在用充满碘蒸气的三棱镜观察折射现象时，发现红光比紫光的折射率大。这种dn/dλ>0的色散现象称反常色散。反常色散与媒质对光的选择吸收性有密切联系；而正常色散与媒质对光的一般吸收性有密切联系。一般媒质的折射率与入射光圆频率ω关系如图1。包括若干个正常色散区与反常色散区，各与光的一般吸收区、选择吸收区相符合。
根据经典电子论可以说明这些联系。按照洛伦兹理论，媒质的折射率是复数n=n1(1+ik)，其中

式中m与e分别为电子质量与电荷；γi为衰减系数；N为单位体积媒质所含分子的数目；f_i是振子强度，ωi是媒质分子的固有吸收频率（吸收带的中心），同一媒质可能有几个ωi值。n′代表媒质色散，n′k代表吸收曲线，如图2。γ值一般很小，在入射光频ω远离ωi时，表现为正常色散，在ω接近ωi时，表现为反常色散。揭示出反常色散与光的吸收之间的密切联系，是经典电子论的重要成果。

图 1

A—一般吸收区及正常色散区 B—选择吸收区及反常色散区

光的色散Guang de sesan

把复色光分解成单色光而形成光谱的现象。太阳光、日光灯发出的光等称为复色光或白光。复色光内包含有各种颜色的光。利用三棱镜可以将复色光内不同颜色的光分开。让一束白光穿过狭缝，射到一个玻璃三棱镜上，由于棱镜对不同频率(不同颜（色）的光具有不同的折射率，频率越小，折射率也越小，因此不同频率的光经过棱镜后的偏向角δ也不同，如图所示。这样白光经棱镜折射以后在屏上形成一条彩色的光带，称为光谱。红光的频率最小，折射率最小，所以折射角最大，从而偏向角δ最小，这样它在光谱中处在靠近棱镜顶角的一端；紫光的频率最大，折射率最大，所以折射角最小，从而偏向角δ最大，这样它在光谱中处在靠近棱镜底边的一端。颜色的排列从靠近棱镜顶角的一端到靠近底边的一端依次是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。每种颜色对应一定范围的频率或波长(见“颜色”)。有些光的光谱的颜色是连续变化的，各颜色之间没有明显的界线，这样的光谱称为连续光谱。如太阳光的光谱。有些光的光谱是由一些分立的谱线组成的，这样的光谱称为分立光谱或线光谱。如汞灯的光谱。

各色光的频率和波长的大致范围

颜色	频率 （赫兹） (Hz)	波长 （在真空中） （埃） ()
红 橙 黄 绿 蓝、靛 紫	3.9×1014-4.8×1014 4.8×1014-5.0×1014 5.0×1014-5.2×1014 5.2×1014-6.1×1014 6.1×1014-6.6×1014 6.6×1014-7.7×1014	7 700—6 220 6 220—5 970 5 970—5 770 5 770—4 920 4 920—4 550 4 550—3 900