二、光的色散

    光在物质中的传播速度v随波长l而改变的现象,称为色散。因为物质的折射率n可以表示为

                              ,

式中c是真空中的光速。由上式可见,色散现象也表现为物质的折射率随波长的变化,即可以表示为下面的函数形式

                             .                   (14-105)

                     图14-59

上式所表示的关系曲线,也就是折射率随波长的变化曲线,称为色散曲线。物质的折射率随波长变化的状况和程度,常用色散率dn/dl来表征。

    前面大家讨论物质的光吸取表明,物质在某些波段表现出普遍吸取,而在另一些波段表现出选择吸取,物质的光色散也有类似的情形。在普遍吸取波段内物质表现出正常色散;在选择吸取波段附近和选择吸取波段内物质表现出反常色散。那么什么是正常色散,什么是反常色散呢?

    图14-59中画出了几种物质在可见光区域附近所表现出的正常色散的色散曲线。由图可以看出,这些色散曲线的折射率和色散率都随波长的增加而减小,实际上这就是正常色散的基本特征。测量表明,所有无色透明的物质,在可见光范围都表现出正常色散,并且它们的色散曲线形式上都很相似。正常色散的规律可以用科希公式来描述

                         ,                (14-106)

式中ABC都是由物质性质决定的常量,其数值应由实验确定。如果波长的变化范围不大,科希公式可以只取前两项,成为

                            .                  (14-107)

这时色散率可以表示为

                            ,                  (14-108)

由于AB都是正值,从以上两式可以看出,在正常色散的情况下,物质的折射率和色散率的确都随着波长的增加而减小。

                        图14-60

    在可见光区域表现出正常色散的透明物质,如石英,当把其折射率与波长的关系扩展到红外波段时,可以发现,在选择吸取的波段附近,折射率随波长增加而减小要比由科希公式预言的快得多,如图14-60中曲线的QR段所示,虚线QS是按照科希公式推断的结果。在吸取带内由于光强很小,很难测得折射率的数值,所以图中用虚线表示。过了吸取带,又重新表现出正常色散的情形,如图14-60中TU段所示,不过这时科希公式中的常量ABC应有新的数值。在吸取波段附近和吸取波段内物质所表现的上述情形的色散,称为反常色散。

 

       
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