如何消色散？

淡淡清水1314 · 发表于 2023-3-19 15:34:55

这是知乎第八篇文章，主要介绍下光学设计中的消色散。
光学玻璃以及光学塑料存在色散的现象。由于光的折射率是依赖波长变化的，因此光的色散极为常见，通常用棱镜实验来说明。

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几乎所有的光学材料在短波长侧的折射率变高。因此，在单透镜中，短波长的光在靠近透镜的一侧，长波长的光在远离透镜的一侧集中光(下图左)。另一方面，凹透镜因为使光发散，比起长波长侧的光更使短波长的光发散(下图右)。

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从上图可以发现，凸透镜的短波色散向内，凹透镜的色散形式正好相反，那我们可以考虑将凸透镜和凹透镜结合起来消除色散，结合存在两种形式：
① 高色散的凸透镜、低色散的凹透镜
② 低色散的凸透镜、高色散的凹透镜

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我们来定性地判断这个问题：
由于凸透镜和凹透镜结合之后，整体要表现凸透镜的聚光效果，意味着凸透镜的光焦度要比凹透镜大。为了结合之后色散变小，凸透镜材料本身的色散程度要低一些，因此选择低色散凸透镜和高色散的凹透镜组合比较理想。通过这种消色差透镜组合，明显看到相比单透镜，色差降低了非常明显。

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消除色散有什么意义呢？我们来看看望远镜的历史吧。1609年意大利物理学家伽利略发明了人类历史上第一台望远镜，使用凸透镜+凹透镜组合；1611年德国科学家开普勒也发明了望远镜，使用凸透镜+凸透镜组合。那个时候，还没有消除色散的概念，由于望远镜的放大倍率也比较低，人们也将就着用了。所以那个时候的望远镜都是折射式为主。

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