Zjawisko dyspersji światła

Dyspersja światła, nazywana także rozszczepieniem światła, to zjawisko polegające na tym, że współczynnik załamania danego ośrodka zależy od częstotliwości, a więc także od długości fali świetlnej. W praktyce oznacza to, że światło białe może zostać rozłożone na składowe barwne, podobnie jak dzieje się to w pryzmacie.

Najłatwiej zauważyć ten efekt wtedy, gdy wiązka światła pada na granicę dwóch ośrodków pod kątem innym niż zerowy. Poszczególne barwy załamują się wtedy pod nieco różnymi kątami, ponieważ każda długość fali oddziałuje z materiałem w inny sposób. Światło czerwone zwykle załamuje się słabiej, a fioletowe mocniej, dlatego po przejściu przez pryzmat białe światło tworzy widmo przypominające tęczę.

Dyspersja jest ważną cechą materiałów optycznych. Minerały lub szkła o dużej dyspersji, po odpowiednim oszlifowaniu, mogą silnie mienić się różnymi barwami. Ten efekt bywa pożądany w jubilerstwie, ale w optyce fotograficznej najczęściej stanowi problem, który trzeba ograniczać konstrukcją soczewek.

Jak dyspersja wpływa na obraz w optyce?

W większości urządzeń optycznych, takich jak obiektywy fotograficzne, aparaty, lunety, lornetki czy mikroskopy, dyspersja jest zjawiskiem niekorzystnym. Prowadzi do sytuacji, w której różne barwy nie ogniskują się dokładnie w tym samym miejscu. W efekcie na granicach kontrastowych obiektów mogą pojawić się kolorowe obwódki, szczególnie widoczne przy jasnych elementach na ciemnym tle.

Taki efekt nazywamy aberracją chromatyczną. W fotografii objawia się ona najczęściej jako fioletowe, zielone lub niebieskawe zafarby wokół gałęzi, krawędzi budynków, odbić światła albo innych mocno kontrastowych detali. Więcej o tym zjawisku przeczytasz w artykule co to jest aberracja chromatyczna.

Dlaczego dyspersja ma znaczenie w fotografii?

W fotografii dyspersja ma bezpośredni wpływ na ostrość, kontrast i czystość koloru. Im słabiej obiektyw radzi sobie z rozdzielaniem i ponownym ogniskowaniem różnych długości fal, tym większe ryzyko, że zdjęcie będzie miało kolorowe obwódki lub delikatnie obniżoną szczegółowość. Problem jest szczególnie widoczny przy fotografowaniu pod światło, na pełnym otworze przysłony oraz przy długich ogniskowych.

Aby ograniczyć skutki dyspersji, w nowoczesnych obiektywach stosuje się specjalne układy optyczne oraz szkła o niskiej dyspersji. Ich zadaniem jest takie prowadzenie promieni świetlnych, aby różne barwy możliwie dokładnie spotykały się w jednej płaszczyźnie ostrości. Dzięki temu obraz jest bardziej neutralny kolorystycznie, a krawędzie pozostają czystsze.

Achromaty i apochromaty, czyli korekcja dyspersji

Do ograniczania aberracji chromatycznej wykorzystuje się między innymi układy achromatyczne i apochromatyczne. Achromat koryguje rozbieżności dla wybranych długości fal i wyraźnie poprawia jakość obrazu względem prostej pojedynczej soczewki. Apochromat idzie krok dalej, ponieważ pozwala skuteczniej kontrolować ogniskowanie kilku barw, co ma znaczenie w bardziej wymagającej fotografii, obserwacji i pracy z precyzyjną optyką.

W praktyce nie chodzi o całkowite usunięcie dyspersji, bo wynika ona z fizycznych właściwości materiałów. Celem konstruktorów optyki jest jej kontrolowanie tak, aby użytkownik otrzymał obraz o wysokiej ostrości, dobrym kontraście i możliwie małej liczbie kolorowych zafarbów.

Podsumowanie

Dyspersja światła to naturalne zjawisko optyczne, w którym różne długości fali załamują się w materiale w różnym stopniu. Dzięki niej światło białe może rozszczepić się na barwy, ale w fotografii i optyce obserwacyjnej ten sam efekt często prowadzi do aberracji chromatycznej. Dlatego w lepszych obiektywach, lunetach i lornetkach stosuje się specjalne szkła oraz konstrukcje optyczne ograniczające kolorowe obwódki i poprawiające jakość obrazu.