Преломление, дисперсия

При переходе света через границу раздела фаз меняется направление распространения светового пучка. Преломление света – это изменение направления распространения света при его прохождении через межфазную границу. Отклонение от первоначального направления является следствием разной плотности граничащих фаз. Углы падения i_o и преломления i₂ связаны законом преломления Снелля:

n_1∙sini_o=n_2∙sini₂,

n₁ и n₂ – абсолютные показатели преломления первой и второй среды.

Показатель преломления – отношение скоростей распространения оптического излучения в первой (v₁) и во второй (v₂) средах. Если первой средой является вакуум, то показатель преломления относительно него называется абсолютным.

,

с — скорость распространения света в вакууме;

v — скорость распространения света в данном веществе.

Относительный показатель преломления – отношение синусов угла падения i_o и угла преломления i₂ на границе раздела:

.

Относительный показатель преломления есть отношение абсолютных показателей преломления сред:

.

Абсолютный показатель преломления связан с диэлектрической проницаемостью ε и магнитной проницаемостью μ.

.

Дисперсия характеризует изменение преломляющей способности вещества при изменении длины волны электромагнитного излучения (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Влияние длины волны электромагнитного излучения

на показатель преломления стекла

Точка F соответствует синему излучению в спектре свечения водорода (F-луч, l_F = 486,1 нм).

Точка С – красное монохромное излучение в спектре свечения водорода (С-луч, l_С = 656,3 нм).

Разность показателей преломления для коротковолновой линии F и длинноволновой линии С называется средней дисперсией (Δn).

Δn = n_F– n_C.

Для более полного описания дисперсии света в пределах видимого диапазона также анализируют прохождение через стекло жёлтого луча в спектре паров натрия (D-луч, λ_D=589,3 нм). Используют частные дисперсии:

Δn₁=n_F-n_D ; Δn₂=n_D-n_C ;

Относительные дисперсии:

; .

Для расчётов часто используют коэффициент дисперсии или число Аббе:

.

Так как белый свет состоит из излучений с различной длиной волны, то при прохождении через стеклянную призму происходит разложение света на отдельные составляющие (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Разложение света треугольной призмой вследствие различия коэффициентов преломления лучей с разной длиной волны

Показатель преломления силикатных стёкол в зависимости от состава меняется от 1,44 до 2,20, средняя дисперсия меняется от 0,0055 до 0,0300, коэффициент дисперсии – от 25 до 100.

Оптические стёкла по величине оптических констант делят на кроны и флинты:

Кроны: n_D= 1,47÷1,67; ν_о = 100÷47;

Флинты: n_D= 1,52÷1,90; ν_о = 54÷15.

Сверхтяжёлые флинты имеют n_D> 2.

4.8. Химическая устойчивость стекол