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光の分散とは?

ひかりのぶんさん

光が媒質中を進む速度屈折率)が波長によって異なるため、白色光がプリズムなどで色に分かれる現象のことです。

光の分散(こうのぶんさん、optical dispersion)とは、光が媒質(ガラス、水、空気など)中を伝わるとき、波長(色)によって屈折率が異なるために生じる現象です。その結果、白色光はプリズム水滴によって赤・橙・黄・緑・青・藍・紫の各色に分かれます。

物理的原因:媒質中の原子・分子は特定の周波数の光と共鳴的に相互作用します。この相互作用の強さが波長によって異なるため、位相速度(光の伝わる速さ)が波長依存性を持ち、屈折率も波長によって変化します。一般的なガラスでは短波長(青〜紫)の方が屈折率が大きく(屈折が強い)、長波長(赤)の方が屈折率が小さくなります。

分散の種類

  • 正常分散:短波長ほど屈折率が大きい(一般的なガラスなど)
  • 異常分散:特定波長付近で逆の関係が生じる(共鳴吸収帯近傍)

自然・日常における例:虹は空気中の水滴がプリズムの役割を果たして太陽光を分散させた現象です。またCDやDVDの反射で虹色に見えるのは回折格子による分散(回折分散)です。

光学への影響:レンズでは分散があるため色収差(色によって焦点距離が異なる)が生じます。これを補正するために屈折率の分散特性(アッベ数)が異なる素材を組み合わせた色消しレンズが用いられます。光ファイバー通信でも波長分散が伝送帯域を制限する要因となっています。

使い方・例文

プリズムに白色光を当てると七色に分かれ、虹が見える現象は光の分散の代表的な例として理科の授業でよく登場します。

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