什么是色散?色散系數對光學的影響有多大?

2024-06-27 林樹鑫

色散是復色光分解為單色光而形成光譜的現象,通過棱鏡或光柵等作為色散系統(tǒng)的儀器實現,當復色光進入棱鏡后,由于棱鏡對各種頻率的光具有不同的折射率,各種色光的傳播方向會有不同程度的偏折,在離開棱鏡時就會各自分散,形成光譜。


什么是色散?色散系數對光學的影響有多大?

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色散系數

色散系數也稱阿貝數(Abbe number)或V-數,是德國物理學家恩斯特·阿貝發(fā)明的一個物理量,它描述了介質對光的折射率隨入射光波長變化而變化的過程,反映了介質對不同顏色光線的折射能力差異。色散系數反映了介質對不同波長的光有不同的折射率,這與介質內原子或分子結構有關。


色散系數在光學中是衡量介質對光線色散程度的重要指標。一般來說,色散系數(阿貝數)越大,色散越輕微,介質的折射率越小,色散值越不明顯,鏡片的成像品質越好;反之,色散系數(阿貝數)越小,色散值越嚴重,介質的折射率越大,鏡片的成像品質較差。


計算公式:

阿貝數通常表示為νd,其計算公式為νd=(nd-1)/(nF-nC),其中nd、nF和nC分別是d光、F光和C光的折射率。

d光代表黃光,波長約為587.6nm,對應于鈉光譜中的d線;

F光代表青光,波長約為486.1nm,對應于氫光譜中的F線;

C光代表紅光,波長約為656.3nm,對應于氫光譜中的C線。

鏡片阿貝數

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在鏡片行業(yè)的應用:

阿貝數常用于鏡片行業(yè),作為鏡片的選購參考因素之一。由于色散會影響介質的成像效果,阿貝數通常用來衡量鏡片的成像質量。

眼用光學鏡片材料的阿貝數一般在30到60之間。供人佩戴的鏡片阿貝數不應該低于30,否則明顯的色散現象會讓佩戴者視覺模糊,進而可能產生不適現象。

阿貝數越高,色散越小,視覺效果就越清晰。相反,阿貝數太低會使鏡片出現彩虹紋,影響使用者的視覺清晰度。

色散系數阿貝數

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阿貝數與折射率的關系:

一般來說,材料的折射率越大,色散越厲害,即阿貝數越低。然而,高折射率鏡片往往更薄更輕,而高阿貝數鏡片則對色散控制更好。因此,鏡片行業(yè)正在逐步實現高折射率高阿貝數的組合。

空間色散與時間色散

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色散系數與色散的關系:

直接關聯(lián):色散系數是量化介質色散性質的一個重要參數。介質的色散程度越大,其色散系數(阿貝數)通常越??;反之,色散程度越小,色散系數(阿貝數)越大。

影響成像:在光學成像系統(tǒng)中,色散會導致不同波長的光線聚焦位置不同,從而在像面上產生色差。色散系數的大小直接影響到光學系統(tǒng)的成像質量。具有高色散系數的材料或設計能夠減少色差,提高成像的清晰度和分辨率。

實際應用:在眼鏡鏡片的選擇中,色散系數是一個重要的考慮因素。選擇具有高色散系數的鏡片可以減少視覺上的扭曲或失真,提高佩戴者的視覺體驗。