В оптике и распространении волн вообще дисперсия — это явление, при котором фазовая скорость волны зависит от ее частоты; [1] иногда термин хроматическая дисперсия используется для специфики, в частности, оптики. Среду, обладающую этим общим свойством, можно назвать дисперсионной средой (множественная дисперсионная среда ).
Хотя этот термин используется в области оптики для описания света и других электромагнитных волн , дисперсия в том же смысле может применяться к любому виду волнового движения, например, к акустической дисперсии в случае звуковых и сейсмических волн, а также к гравитационным волнам (океанским волнам) . волны). В оптике дисперсия — это свойство телекоммуникационных сигналов вдоль линий передачи (например, микроволн в коаксиальном кабеле ) или импульсов света в оптическом волокне .
В оптике одним из важных и известных последствий дисперсии является изменение угла преломления света разных цветов [2] , что видно по спектру, создаваемому дисперсионной призмой , и по хроматической аберрации линз. При разработке составных ахроматических линз , в которых хроматическая аберрация в значительной степени устранена, используется количественная оценка дисперсии стекла, определяемая его числом Аббе V , где более низкие числа Аббе соответствуют большей дисперсии в видимом спектре . В некоторых приложениях, таких как телекоммуникации, абсолютная фаза волны часто не важна, а только распространение волновых пакетов или «импульсов»; в этом случае нас интересуют только изменения групповой скорости с частотой, так называемая дисперсия групповой скорости .
Все распространенные среды передачи также различаются по затуханию (нормированному на длину передачи) в зависимости от частоты, что приводит к искажению затухания ; это не дисперсия, хотя иногда отражения от близко расположенных границ импеданса (например, обжатых сегментов кабеля) могут привести к искажению сигнала, которое еще больше усугубляет непостоянство времени прохождения, наблюдаемое во всей полосе пропускания сигнала.
Самым известным примером дисперсии, вероятно, является радуга , в которой дисперсия вызывает пространственное разделение белого света на компоненты разных длин волн (разных цветов ). Однако дисперсия также оказывает влияние и во многих других обстоятельствах: например, дисперсия групповой скорости приводит к распространению импульсов в оптических волокнах , ухудшая качество сигналов на больших расстояниях; кроме того, сокращение дисперсии групповой скорости и нелинейных эффектов приводит к солитонным волнам.
Чаще всего под хроматической дисперсией понимают дисперсию объемного материала, то есть изменение показателя преломления с оптической частотой. Однако в волноводе существует также явление волноводной дисперсии , когда фазовая скорость волны в структуре зависит от ее частоты просто из-за геометрии структуры. В более общем смысле, «волноводная» дисперсия может возникать для волн, распространяющихся через любую неоднородную структуру (например, фотонный кристалл ), независимо от того, ограничены ли волны какой-либо областью или нет. [ сомнительно ] В волноводе обычно присутствуют оба типа дисперсии, хотя они не являются строго аддитивными. [ нужна цитация ] Например, в волоконной оптике дисперсия материала и волновода может эффективно компенсировать друг друга, создавая длину волны с нулевой дисперсией , что важно для быстрой оптоволоконной связи .