プリズム

物理初心者さんの書込 (2009/06/28(Sun) 23:40)

光源からでた白色光をプリズムで分光させ，スクリーンに撮した．この時に波長の長さによって色が変わるのはわかるのですが，このように白色光が分光されるのは光のどのような性質によるものなんですか？お願いします

光の「分散」ですが，「反射・屈折」という性質が原因です．

屈折率が波長によって変化するためです．光の速さが波長によって変化するためだとも言えます．屈折率が波長に無関係で一定であれば分散は起こりません．なお，回折格子による分光は，分散ではなく，干渉によるものです．

yamaさん，訂正ありがとうございます．

yamaさんのおっしゃるとおり，「分散」の原因は，「光の波長によって屈折率が異なる」からです．これにより，白色光としての入射角が同じであっても，光の波長によって屈折率が変わって屈折角が変わり，あとはそれぞれ「反射と屈折」の性質でもって，異なる角度でプリズムから単色光として出て行くことになります．

本に載っている物質（空気や水やガラスやダイヤモンドなど）の屈折率は，ある特定の波長の単色光の場合での値です．なので，すべての波長に対しての屈折率が載っているわけではありません．

屈折率 n が光の波長 λ に依存することによる屈折角 r の違いは，次のように示せます．当然，入射角 i は一定として，波長 λ1 のときの屈折率を n1，波長 λ2 のときの屈折率を n2 とすると，

n1 = sin(i)/sin(r1)=====＞sin(r1) = sin(i)/n1 n2 = sin(i)/sin(r2)=====＞sin(r2) = sin(i)/n2

となります． n1 と n2が異なれば，分子は同じでも分母が異なりますから，屈折する角度 r1 と r2 も異なります．ですから，入射角は同じでも，波長によって異なる屈折角でプリズム内に入射して反射し，屈折してプリズム外に出て行きます．

なお，振動数は屈折の際に，媒質が変わっても変わりません．