ابیراهی رنگی ، ضریب شکست ، عدد آبه و پراکندگی نوری در عدسی عینک

آشنایی با رنگ و نور مرئی

طیف تابش الکترومغناطیسی شامل پرتوهای کیهانی در یک انتها و امواج رادیویی در سمت دیگر است. ما نور را بخش مرئی این طیف الکترومغناطیسی می‌دانیم. این بدان معنی است که تابش می تواند گیرنده های نوری را در شبکیه چشم تحریک کند و یک حس بینایی ایجاد کند. این ناحیه از تشعشعات الکترومغناطیسی تشکیل شده است که طول امواج آن از ۳۸۰ تا ۷۶۰ نانومتر یا یک میلیاردم متر است. این فقط ۰.۰۰۰۳۸۰ تا ۰.۰۰۰۷۶۰ میلی متر است! محدوده تابش قابل مشاهده با چشم انسان « طیف مرئی » نامیده می شود که از بنفش در یک انتهای طیف تا قرمز در انتهای دیگر متغیر است و کسری کوچک از کل طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد .

نور سفید از تمام طول موج های طیف مرئی تشکیل شده است. طول موج های منفرد در طیف مرئی، به خودی خود، حس های رنگی متفاوتی را ایجاد می کنند. اینها « رنگ های طیفی » هستند. به یاد داشته باشید که رنگ هایی با طول موج کوتاه تر، مانند آبی و بنفش، فرکانس بالاتری دارند. فراتر از انتهای آبی طیف مرئی، تابش فرابنفش قرار دارد، در حالی که تابش مادون قرمز – که اغلب با گرما همراه است – فراتر از انتهای

قرمز قرار دارد. این دو شکل از تابش با چشم انسان قابل مشاهده نیستند.

ضریب شکست

ماده ای که امواج نور از طریق آن حرکت می کنند « واسطه » نامیده می شود. واسطه می تواند شامل فضای خالی، هوا، مواد عدسی و غیره باشد. به یاد بیاورید که امواج نور با سرعت ثابت تقریباً ۳۰۰.۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه در فضای آزاد حرکت می کنند. در سایر واسطه های شفاف، از جمله مواد عدسی، امواج نور با سرعت کمتری حرکت می کنند. سرعت نور در واسطه های دیگر به عنوان تابعی از ضریب شکست آن ماده ، متفاوت خواهد بود.

ضریب شکست یک واسطه شفاف اساساً معیاری از« مقاومت نوری » ماده نسبت به نور است و به عنوان نسبت سرعت نور در هوا در مقایسه با سرعت نور در ماده تعریف می شود: ضریب شکست = سرعت در هوا ÷ سرعت در مادهبه عنوان مثال ، موجی از نور را در نظر بگیرید که با سرعت ۲۰۰.۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه از یک ماده عدسی خاص عبور می کند. ضریب شکست برای آن ماده عدسی برابر با ۳۰۰.۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه ÷ ۲۰۰.۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه = ۱.۵۰۰ خواهد بود.ضریب شکست یک ماده اغلب به اختصار ‘n’ نامیده می شود. به جز هوا که دارای ضریب شکست تقریباً ۱ است، ضریب شکست اکثر مواد بیشتر از ۱ است (n>1). به طور مثال، آب دارای ضریب شکست ۱.۳۳۳ است. هرچه ضریب شکست یک ماده عدسی بیشتر باشد، نور کندتر از آن عبور می کند.

پراکندگی رنگی

هرچه ضریب شکست یک ماده عدسی بیشتر باشد، نور کندتر از آن عبور می کند. در واقع، ضریب شکست هر ماده به عنوان تابعی از طول موج کمی متفاوت است. این بدان معناست که رنگ های مختلف نور هر کدام در واقع دارای ضریب شکست اندکی متفاوت در یک ماده عدسی هستند ! این پدیده مسئول پراکندگی رنگی یا شکستن نور سفید به رنگهای تشکیل دهنده ی آن توسط منشورها و عدسی ها است. در نتیجه نور آبی که ضریب شکست بالاتری نسبت به نور قرمز دارد، درهنگام عبور از یک عدسی یا منشور، بیشتر از نور قرمز منکسر یا خم می شود.

پراکندگی رنگی نتیجه این واقعیت است که رنگ‌های نور با طول موج‌های کوتاه‌تر، مانند آبی، آهسته‌تر از رنگ‌هایی با طول موج‌های بلندتر، مانند قرمز، در بیشتر مواد شفاف حرکت می‌کنند.به خاطر داشته باشید که نور در انتهای آبی طیف مرئی فرکانس بالاتری نسبت به نور در انتهای قرمز دارد. پراکندگی به این دلیل رخ می دهد که امواج نور در انتهای آبی طیف به فرکانس تشدید اتم های مواد شفاف نزدیک تر هستند . رزونانس تمایل یک سیستم به جذب انرژی بیشتر است ، زمانی که فرکانس نوسانات آن با فرکانس طبیعی ارتعاش سیستم مطابقت داشته باشد. از آنجایی که انتهای آبی طیف رنگی به فرکانس رزونانس مواد عدسی نزدیک‌تر است، رنگ‌های مایل به آبی نسبت به رنگ‌های مایل به قرمز «کار» بیشتری انجام می‌دهند و انرژی بیشتری از خود ساطع می کنند، که باعث می‌شود امواج نور در انتهای آبی کاهش بیشتری پیدا کند. از آنجایی که ضریب شکست یک ماده عدسی برابر است با « نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در ماده » ،  رنگ های مایل به آبی نسبت به رنگ های مایل به قرمز ضریب شکست بالاتری خواهند داشت.هر چه تفاوت بین ضریب شکست انتهای آبی طیف رنگ و ضریب شکست انتهای قرمز برای یک ماده مشخص بیشتر باشد، ماده بیشتر رنگ ها را پراکنده می کند و بالعکس. علاوه بر این ، قابلیت یک ماده عدسی برای شکست نور برای منشورها و عدسی ها به طور مستقیم با ضریب شکست آن مرتبط است.در نتیجه، پراکندگی رنگ ها به این معنی است که این رنگ ها از طریق منشورها به طور متفاوتی منحرف می شوند و همچنین از طریق عدسی ها به طور متفاوتی متمرکز می شوند ، این تفاوت ها به عنوان « ابیراهی رنگی » نامیده می شود. به عنوان مثال، درابیراهی رنگی ، از آنجایی که نور آبی ضریب شکست بالاتری نسبت به نور قرمز دارد، نور آبی پس از شکست از طریق عدسی، فاصله کانونی کوتاه تری خواهد داشت. در واقع دو دسته از ابیراهی رنگی ایجاد شده توسط یک عدسی عینک وجود دارد: ·       انحراف رنگی محوری که مربوط به قدرت کانونی عدسی است.·       انحراف رنگی جانبی که مربوط به منشور تولید شده توسط عدسی است.جالب است بدانید که از آنجایی که ضریب شکست واقعی یک ماده عدسی از رنگی به رنگ دیگر متفاوت خواهد بود، برای مشخص کردن ضریب یک ماده عدسی معین، باید یک رنگ یا طول موج مرجع انتخاب شود. در ایالات متحده، از طول موج ۵۸۷.۵۶ نانومتر برای تعیین ضریب شکست و قدرت عدسی های چشمی استفاده می‌شود که رنگ زرد مایل به سبزی است که توسط گاز هلیوم برانگیخته شده در اثرالکتریسیته تولید می‌شود. در برخی کشورها از ۵۴۶.۰۷ نانومتر به عنوان طول موج مرجع استفاده می شود که توسط گاز جیوه ی برانگیخته تولید می شود. در نتیجه، قدرت واقعی یک عدسی یا منشور به دلیل تأثیرات انحراف یا ابیراهی رنگی به طول موج مرجع انتخابی بستگی دارد .

عدد آبه

درجه پراکندگی نورتوسط که یک عدسی معین با اندازه گیری بازده انکساری آن یا معمولاً مقدار آبه ی آن (برگرفته از نام ارنست آبه) توصیف می شود. به آن constringence ( معیاری از قدرت پراکندگی یک ماده شفاف برای طیف مرئی ) نیز می گویند. عدسی های با مقدار آبه ی بالا نسبت به عدسی های با مقادیر آبه پایین نور را کمتر پخش می کنند و انحراف یا ابیراهی رنگی کمتری را ایجاد می کنند. به طور خاص، انحراف رنگی با مقدار آبه نسبت معکوس دارد. این بدان معنی است که انحراف رنگی یک عدسی با کاهش مقدار آبه افزایش می یابد و بالعکس.به طور کلی، مواد با ضریب شکست بالا مقادیر آبه ی کمتری نسبت به مواد پلاستیکی معمولی و عدسی های کراون ( Crown Glass ) تولید می‌کنند که باعث می‌شود این مواد به احتمال بیشتری علائم ابیراهی رنگی را ایجاد کنند. علاوه بر این، هرچه ضریب شکست ماده بالاتر باشد، مقدار آبه آن کمتر است.خوشبختانه، برخی از مواد جدیدتر با ایندکس یا ضریب شکست بالا دارای مقادیر آبه ی بالاتری هستند که این مشکل را به حداقل می رساند. مواد عدسی عینک در انواع ضریب شکست و مقادیر آبه موجود است. برخی از مواد رایج در زیر نشان داده شده است.