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  • 1 # 工學腦洞

    光的色散是一種物理現象,日常生活中可以透過稜鏡觀察到,下面就介紹一下這其中的物理原理。

    稜鏡是如何讓光色散的?

    當光從一種介質移動到另一種介質時(例如,從空氣進入稜鏡的玻璃),光線會改變速度。這種速度變化導致光被折射並以不同的角度進入新介質(惠更斯原理)。光路徑的彎曲程度取決於入射光束與表面形成的角度,以及兩種介質的折射率之間的比率(斯涅爾定律)。許多材料(例如玻璃)的折射率隨所用光的波長或顏色而變化,這種現象稱為色散這使得不同顏色的光被不同地折射並且以不同的角度離開稜鏡,產生類似於彩虹的效果。這可以用於將白光束分離成其所包含的顏色光譜。虹彩材料(例如肥皂泡)也會發生類似的分離。稜鏡通常會在在比衍射光柵大得多的頻率頻寬上分散光,使其可用於廣譜光譜。此外,稜鏡不會受到由所有光柵具有的重疊光譜級引起的複雜性的影響。

    圖 衍射光柵與稜鏡的對比圖

    圖 色散簡單示意圖

    稜鏡色散的發現歷史

    RenéDescartes最早看到光被玻璃或水分成彩虹的顏色,雖然當時這一顏色分類現象的來源是未知的。牛頓在1666年透過稜鏡彎曲白光的實驗表明,所有的顏色已經存在於光線中,不同顏色散開並透過稜鏡以不同的速度傳播。直到後來,菲涅耳將牛頓的粒子理論與惠更斯的波動理論結合起來才能解釋顏色是如何從光譜中產生的。

    牛頓透過將紅色從一個稜鏡穿過第二個稜鏡得到了他的結論,發現顏色沒有變化。由此,他得出結論,顏色必須已經存在於入射光中 - 因此,稜鏡不會產生顏色,而只是分離已經存在的顏色。他還使用鏡頭和第二個稜鏡將光譜重新組合成白光。這個實驗已經成為科學革命中引入方法的典型例子。實驗結果在一定程度上極大地改變了形而上學領域。

    圖 三稜鏡色散

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