پراکنش (نورشناسی)

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پراکنش یا پاشندگی یا پاشش[۱] پدیده‌ایست که در آن سرعت فاز یک موج به بسامد آن وابسته‌است.[۲] درمحیط‌های پاشنده، ضریب شکست برای امواج با بسامدهای گوناگون ناهمسان است، به این دلیل امواج با بسامدهای گوناگون در این محیط‌ها با سرعت‌های گوناگون حرکت کند که موجب پاشش یا پاشیدگی آنها می‌گردد.

پدیده‌ای که در منشور روی‌می‌دهد، نمونه‌ای از پراکنش و منشور نمونه‌ای از یک محیط پاشنده‌است.

گونه‌های پراکنش[ویرایش]

اگر رابطه سرعت نور در محیطی با ضریب شکست را به صورت (C سرعت نور در خلاء) بنویسیم و رابطه و (kبردار موج و ω بسامد موج) به ترتیب برای سرعت گروه و فاز در نظر بگیریم آنگاه می‌توان پراکنش را به صورت زیر تعریف کرد:

که اولی پراکنش مرتبه اول و دومی پراکنش مرتبه دوم است.

که این تعاریف به ترتیب وابستگی ضریب شکست برحسب بسامد و سرعت گروه برحسب بسامد را نشان می‌دهند. پراکنش مرتبه دوم همان پراکنش سرعت گروه (GVD) می‌باشد.

از روابط پراکنش چنان بر می‌آید که زمانی محیط غیر پاشنده است که باشد. به دیگر سخن سرعت فاز و سرعت گروه یکسان باشند. پس اگر تغییرات نمودار k برحسب ω غیر خطی باشد محیط پاشنده است. توجه داشته باشید که این تغییرات مربوط به ضریب شکست محیط است.

پراکنش عادی[ویرایش]

در یک محیط با پراکنش عادی (ND) سرعت گروه از سرعت فاز کمتر است و در آن ضریب شکست با افزایش بسامد زیاد می‌شود. این گفته را می‌توان در هنگام عبور نور از یک منشور معمولی مشاهده کرد. هر رنگ خروجی از منشور دارای زاویه انحراف منحصر به فرد خود می‌باشد، رنگ آبی بیشتر از رنگ‌های دیگر خم می‌شود و آرام‌تر از رنگ قرمز محیط را سیر می‌کند و نسبت به رنگ‌های دیگر به قاعده منشور نزدیکتر است.

پراکنش غیرعادی[ویرایش]

در محیط با پراکنش غیرعادی (AD) برخلاف محیط ND سرعت فاز بیشتر از سرعت گروه است و نیز اینکه در این محیط می‌توان به سرعت فازی بیش از سرعت نور در خلاء دست یافت (که البته مغایر با نسبیت نیست). در این ناحیه دیگر نمودار پراکنش مانند انتظار عمل نمی‌کند و در منطقه‌ای که این رژیم حاکم است رفتار جذبی قوی‌ای را شاهد هستیم، که باعث می‌شود محیط کدر یا غیر شفاف شود. در این ناحیه که از رابطه حاصل می‌شود، می‌تواند مقداری منفی به خود بگیرد. تذکر: در محیط‌های مادی غیرعادی سرعت گروه می‌تواند از سرعت فاز و هم سرعت نور در ماده بیشتر باشد. نواحی پراکنش غیرعادی همیشه در حوالی بسامدهای جذب رخ می‌دهد، به این طریق که رابطه مستقیمی میان ضریب شکست و جذب ماده (ضریب خلأ) وجود دارد. (که این ارتباط به کمک روابط کرامرز-کرونیگ نشان داده می‌شود)

کاربردها[ویرایش]

پراکنش یک حالت فراگیر در هنگام عبور نور از یک محیط به محیط دیگر با ضریب شکست متفاوت محسوب می‌شود. دانشمندان و پژوهشگران این پدیده بارها مورد بررسی قرار داده‌اند. به عنوان نمونه مطالعات ایشان برای کاهش شدید سرعت نور به وسیله پراکنش عادی و ساخت محیط‌های سالیتون و بررسی ایجاد سرعتی فراتر از سرعت نور اشاره کرد. پراکنش به‌ویژه در حالت غیرعادی AD در شاخه‌های مختلف علم و فناوری به‌ویژه در علم فوتونیک کاربرد بسیار دارد. از این میان می‌توان به تعیین ساختارها و پیکربندی بلورها و مولکول‌ها (به‌ویژه مولکول‌های زیستی)، محاسبهٔ تداخل‌سنجی‌ها و تعیین الگوهای تداخل و پراش، ترجمه و رندرینگ داده‌های گرافیکی در سازه‌های گرافیکی رایانه‌ها، بهبود و افزایش کیفیت تصویر در عکس برداری‌ها، بالا بردن بازده و پایداری اشعه‌های سودمندی چون UV (در فرایندهای زیراکس و لیتوگرافی) به کمک پدیده تطبیق-فازی (Phase-Matching) و ….

کاربردهای پراکنش غیرعادی[ویرایش]

شیشه‌های AD[ویرایش]

شیشه‌های AD یک نوع خاص از شیشه‌های اپتیکی هستند که برای هرچه دقیق‌تر کنترل کردن انحراف‌های رنگی طول موج مشخصی از نور پراکنده شده تحت تأثیر قرار می‌دهند، که روی هم رفته منجر به بالاتر رفتن کیفیت تصویر می‌گردد. با ترکیب شیشه‌های AD و شیشه‌های معمولی پراکنشی با ویژگی‌های مختلف را خواهیم داشت، که این امکان را به ما می‌دهد که به وسیله آن یک طول موج مشخص را کنترل کنیم. شیشه‌های AD گران‌قیمت هستند ولی توانایی ایجاد تصویری واضح و با کیفیت بالا را دارند.

تعیین ساختارها و پیکربندی بلورها[ویرایش]

پراکنش غیرعادی در مبحث بلورشناسی که امروزه روشی بسیار دقیق برای اندازه‌گیری شدت پرتو ایکس است.

پراکنش غیرعادی با طول موج‌های مختلف MAD[ویرایش]

روشی است در بلورشناسی که به وسیله پرتو X تصویربرداری می‌شود. این روش بدست آوردن ساختار سه بعدی مولکولهای بزرگ زیستی مثل DNA و پذیرنده‌های دارو با استفاده از مشکل فاز را تسهیل می‌کند.

پراکنش غیرعادی با طول یکتا (مشخص) SAD[ویرایش]

روشی است در بلورشناسی که به وسیله پرتو X تصویربرداری می‌شود. این روش مشخص کردن ساختار پروتون‌ها را با استفاده از مشکل فاز تسهیل می‌کند. این روش برخلاف MAD تنها با یک طول موج مناسب کار می‌کند. مزیت استفاده از این روش کمینه کردن زمانی است که کریستال در معرض پرتو قرار می‌گردد، بنابرین زیانهای ناشی از پتانسیل تابشی مولکول زمانی که اطلاعات را جمع‌آوری می‌کند کاهش می‌یابد.

استفاده از AD برای تعیین پیکربندی بلورهای مرکز نا متقارن به‌طور مستقیم[ویرایش]

این روش قادر به یافتن زوایای فازی و ثابت‌های ساختار بلوری است و دقت بالایی دارد.

تکنیک پراکنش غیرعادی در تعیین پراش نوترون[ویرایش]

فرم ایدئال این تکنیک بر اساس وابستگی طول موج قسمت‌های حقیقی و موهومی طول پراکنش نوترون در نزدیکی رزونانس جذب استفاده می‌شود و شامل اندازه‌گیری‌هایی مبتنی بر دو جفت از طول موج است: قسمت حقیقی طول پراکنش متغیر باشد و قسمت موهومی ثابت و بالعکس (با توجه به روابط کرامرز-کورینگ). چندین تکنیک برای بررسی پراش نوترون وجود دارد:

  1. پراش مغناطیسی
  2. جانشانی ایزوتوپی (که در نبود میدان مغناطیسی صورت می‌گیرد)
  3. پراکنش غیرعادی

مقایسه این چند روش نشان می‌دهد که پراکنش غیرعادی در قیاس با بقیه بسیار ارزان‌تر است ولی طیف طول موجی کمتری را شامل می‌شود زیرا که پراکنش غیرعادی دارای طول موج قیدی است.

پراکنش غیرعادی فاز در رنگ‌سازها (Chromospheres) برای افزایش بازده و پایداری UV[ویرایش]

در این روش با تولید بسامدی کارآمد به کمک موجبر در دومین هارمونیک تولید شده توسط Phase-Matched پرتو پایدار می‌ماند و بازده خروجی آن افزایش می‌یابد. برای این کار از آلایش برخی رنگ‌سازها بهره می‌گیرند که در ناحیهٔ AD خود میان نخستین و دومین هارمونی کمترین را دارند.

روابط کرامرز-کرونیگ[ویرایش]

روابط دو طرفه کرامرز-کرونیگ برای محاسبهٔ قسمت حقیقی از قسمت موهومی هر تابع مختلط که در نیم صفحهٔ بالایی تحلیلی باشند، به کار گرفته می‌شوند و بالعکس. این روابط یک جفت ویژه تبدیل هیلبرت‌اند که می‌توانند ثابت جذب یا ضریب میرایی را به ضریب شکست محیط مربوط سازند. این روابط در اسپکتروسکوپی الکترون و پراکنش هادرونیک کاربرد دارند.

و

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. پاشش از واژه‌های مصوب فرهنگستان زبان و ادب فارسی به جای dispersion در انگلیسی و در حوزهٔ فیزیک است. «فرهنگ واژه‌های مصوّب فرهنگستان: ۱۳۷۶ تا ۱۳۸۵». فرهنگستان زبان و ادب فارسی. ص. ۷۲. بایگانی‌شده از اصلی در ۱۲ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ اسفند ۱۳۹۰.
  2. Born, Max; Wolf, Emil (October 1999). Principle of Optics. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 14–24. ISBN 0-521-64222-1
  • J. D. Jackson (1975). "section 7.10". Classical Electrodynamics (2nd ed.). New York: Wiley. ISBN 0-471-43132-X
  • Joseph Nilsen, John I. Castor, and Carlos A. Iglesias (2008). “Understanding the anomalous dispersion of doubly ionized carbon plasmas near 47 nm”
  • Adrian C. Wright, Jacqueline M. Cole, and Robert J. Newport. (2006). “The neutron diffraction anomalous dispersion technique and its application to vitreous 〖Sm〗_2 O_3.4P_2 O_5”. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 571 (2007) 622–635
  • Joseph Nilsen, Walter R. Johnson, and K. T. Cheng. (2007). “Searching for plasmas with anomalous dispersion in the soft X-ray regime”. Soft X-Ray Lasers and Applications VII, edited by Gregory J. Tallents, James Dunn,Proc. of SPIE Vol. 6702, 67020N, (2007)
  • Andrea Weidlich and Alexander Wilkie. (2009). ” Anomalous Dispersion in Predictive Rendering”
  • BAHAA E. A. SALEH.FUNDAMENTALS OF PHOTONICS (2nd ed.). A John Wiley & Sons, Inc. , Publication