什么是色散?色散系数对光学的影响有多大?

2024-06-27 林树鑫

色散是复色光分解为单色光而形成光谱的现象,通过棱镜或光栅等作为色散系统的仪器实现,当复色光进入棱镜后,由于棱镜对各种频率的光具有不同的折射率,各种色光的传播方向会有不同程度的偏折,在离开棱镜时就会各自分散,形成光谱。


什么是色散?色散系数对光学的影响有多大?

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色散系数

色散系数也称阿贝数(Abbe number)或V-数,是德国物理学家恩斯特·阿贝发明的一个物理量,它描述了介质对光的折射率随入射光波长变化而变化的过程,反映了介质对不同颜色光线的折射能力差异。色散系数反映了介质对不同波长的光有不同的折射率,这与介质内原子或分子结构有关。


色散系数在光学中是衡量介质对光线色散程度的重要指标。一般来说,色散系数(阿贝数)越大,色散越轻微,介质的折射率越小,色散值越不明显,镜片的成像品质越好;反之,色散系数(阿贝数)越小,色散值越严重,介质的折射率越大,镜片的成像品质较差。


计算公式:

阿贝数通常表示为νd,其计算公式为νd=(nd-1)/(nF-nC),其中nd、nF和nC分别是d光、F光和C光的折射率。

d光代表黄光,波长约为587.6nm,对应于钠光谱中的d线;

F光代表青光,波长约为486.1nm,对应于氢光谱中的F线;

C光代表红光,波长约为656.3nm,对应于氢光谱中的C线。

镜片阿贝数

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在镜片行业的应用:

阿贝数常用于镜片行业,作为镜片的选购参考因素之一。由于色散会影响介质的成像效果,阿贝数通常用来衡量镜片的成像质量。

眼用光学镜片材料的阿贝数一般在30到60之间。供人佩戴的镜片阿贝数不应该低于30,否则明显的色散现象会让佩戴者视觉模糊,进而可能产生不适现象。

阿贝数越高,色散越小,视觉效果就越清晰。相反,阿贝数太低会使镜片出现彩虹纹,影响使用者的视觉清晰度。

色散系数阿贝数

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阿贝数与折射率的关系:

一般来说,材料的折射率越大,色散越厉害,即阿贝数越低。然而,高折射率镜片往往更薄更轻,而高阿贝数镜片则对色散控制更好。因此,镜片行业正在逐步实现高折射率高阿贝数的组合。

空间色散与时间色散

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色散系数与色散的关系:

直接关联:色散系数是量化介质色散性质的一个重要参数。介质的色散程度越大,其色散系数(阿贝数)通常越小;反之,色散程度越小,色散系数(阿贝数)越大。

影响成像:在光学成像系统中,色散会导致不同波长的光线聚焦位置不同,从而在像面上产生色差。色散系数的大小直接影响到光学系统的成像质量。具有高色散系数的材料或设计能够减少色差,提高成像的清晰度和分辨率。

实际应用:在眼镜镜片的选择中,色散系数是一个重要的考虑因素。选择具有高色散系数的镜片可以减少视觉上的扭曲或失真,提高佩戴者的视觉体验。

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