【萬裡路視光知識】牛頓與三稜鏡——三稜鏡的色散現象

2021-01-20 天津萬裡路視光培訓學校

在牛頓之前,大多數人們認為太陽光是純潔神聖的白光,而絢麗的彩虹是物質發生了未知的相互作用而產生的。相對於普通人感性的想法,科學家們會理性的提出質疑:為什麼會出現不同顏色的光呢?一部分科學家發現稜鏡似乎能夠「分解」太陽光,並且試圖通過稜鏡來解釋太陽光的色散現象,但都沒有給出正確的解釋,除了牛頓。

牛頓對於光學有很濃厚的興趣,他在通讀了大量的光學論述之後,總結了前人的實驗經驗,設計了著名的「色散實驗」:

牛頓準備了一間暗室,只留下一個小孔能透過太陽光。他將一塊三稜鏡放在小孔前,發現對面的牆壁上看到了一條「人造彩虹」——一條紅、橙、黃、綠、青、藍、紫相繼排列的七色光帶,後來,牛頓稱它為「光譜」。

由此,人們終於了解到,太陽光並不是單純的白光,而是一種由不同波長的單色光組成的複色光,稜鏡使白光分開成各種色光的現象叫做色散。

色散現象在生活中很常見,比如說「虹」的原理。那麼,在我們的工作中,色散是否也很常見呢?答案是肯定的。無論是球鏡還是柱鏡,其實都可以看做是以三稜鏡為基本單位組成的,因而所有的鏡片都會存在色散。我們用「阿貝數」來表示鏡片的色散係數,阿貝數越小,色散越大;阿貝數越大,色散越小。當然,並不是所有的色散都會被我們感知到,鏡片中央的色散幾乎可以忽略,若鏡片使用了低阿貝數的材料,我們通過鏡片邊緣視物,可能會感受到「彩虹現象」。

想要避免「彩虹現象」,首先就要注意鏡片材料的選取,選阿貝數較高的,色散會小一些。但是要注意,阿貝數和折射率也是相關的,一般來講,鏡片的折射率越高,越輕薄,但阿貝數會越低。所以對於高度屈光不正的人來講,選取鏡片時不能只考慮輕和薄,也不能只考慮低色散,要綜合考慮,選取最合適的鏡片。

在色散實驗之後,牛頓還進行了後續的許多試驗,如光譜的提純,多種色光的複合等。牛頓的實驗不僅為我們揭開了陽光和彩虹的神秘面紗,也給我們帶來了感悟和思考。所謂創新,並不一定是「從無到有」。對待學習和工作,我們應當像牛頓一樣,對於獲取新知識始終抱有熱情;對於知識,吸取合理的,質疑不合理的,並且敢於提出自己的看法,並且驗證它。這何嘗不是一種「創新」呢?




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