Под дисперсией света понимается множество оптических феноменов, вызванных зависимостью показателя преломления от длины волны излучения. Например, попадая в прозрачную призму, луч видимого света распадается на отдельные компоненты с разным цветом. Схема такого опыта приведена на рисунке ниже:
Поток дневного света (а) падает на непрозрачную пластинку с прорезью (б), затем проходит через светофильтр (с) из которого перенаправляется на стеклянную призму. Разместив за призмой экран, можно обнаружить зависимость положения цветной полоски луча на экране от его цвета. Если же и вовсе удалить светофильтр, то на экране появится множество, расположенных одна над другой, цветных полосок. Закон зависимости фазовой скорости электромагнитной волны от свойств среды, в которой волна распространяется, выглядит следующим образом:
Где слева стоит фазовая скорость, а величины справа означают: c – скорость света, m — магнитная проницаемость, e — диэлектрическая постоянная. С другой стороны, между длиной волны в вакууме, длиной волны в среде и показателем преломления существует связь такого рода:
Где l — длина волны в среде с показателем преломления равным n. Подводя итог можно сказать, что:
- Показатель преломления зависит от свойств материала, в котором свет распространяется.
- Показатель преломления связан с длиной световой волны (или ее частотой).
- Фазовая скорость зависит от частоты излучения.
- В общем случае зависимость n от l носит довольно сложный характер. Коши предлагал рассчитывать n по такой формуле:
Более-менее подробно это явление было описано Ньютоном, хотя физический смысл процесса оставался для Ньютона не проясненным. Из экспериментов Ньютона вытекало важнейшее положение: дневной свет не однороден по своей природе и может быть разложен в спектр. Теоретическое развитие этого положения сыграло существенную роль в создании волновой теории света.
Для обыкновенного стекла показатель преломления варьируется в пределах от 1.497 (для инфракрасного излучения с длиной волны порядка 20000 ангстрем) до 1.539 (для ультрафиолетового излучения с длиной волны порядка 3600 ангстрем). Короче говоря, лучи красного цвета имеют максимальную фазовую скорость и минимально преломляются, а лучи синего цвета имеют минимальную фазовую скорость, зато преломляются гораздо сильнее. Из этого правила есть исключение. В газах (например, парах йода) при определенных условиях наблюдается обратная картина. Данный эффект получил название аномальной дисперсии.