波長の変化による屈折率の変化

質問

光の波長は短いほうが，集光性が悪かったと記憶しています．
つまりは，屈折率は波長が短くなるほど小さい値になり，集光しにくくなるためだと思うのですが，当たっていますでしょうか？
また，波長と屈折率の関係を示した図とかあったら教えて欲しいです．
何卒宜しく願います。

回答No.4

noname#11476 · ベストアンサー

>短波長側に行くほど吸収も強くなるとありますが，なぜなのでしょうか？
これは原子核と電子、原子間の結合エネルギーと関係があります。
基本的に吸収は結合エネルギーに等しい波長の光（Ｅ＝ｈν、Ｅ：エネルギー、ｈ：プランク常数、ν：光の振動数で波長の逆数に比例）が来たときにおきます。
つまり光と物質の相互作用が最大になるということを意味しています。

一般的な物質のこの結合エネルギーがちょうど光の波長に換算すると２００～４００ｎｍと可視光よりも短波長側にあるためにそのような傾向になるわけです。
逆に波長がそれよりも短くなっていくと、今度は光のエネルギーが大きすぎて吸収は小さくなっていくので、非常に波長の短いＸ線は大抵の物質を透過するので、レントゲンに使われているわけです。

実はこの吸収と屈折率は密接なつながりがあります。
クローマース＝クローニッヒの関係といい、吸収波長に近づくと屈折率が大きくなっていき、吸収のピーク付近に来ると段々屈折率は１に近くなり、吸収ピークの位置では屈折率は１になります。
現実の物質では複数のエネルギー準位をもっていますので、上記のような単純な形にはならないことが多いのですが、一般的傾向はこれでよく説明できます。

お礼

ほほぅ！
そうだったんですか！！波長と吸収率の話が上っ面とはいえ凄くわかった気がします。さらにクローマース＝クローニッヒの関係という専門的なことも教えていただけ，本当に助かります。何より判り易く説明して下さったことに最大限の感謝を致します。では

回答No.3

Mell-Lily

・白色光をプリズムに当てれば、赤色の光より紫色の光の方がよく曲がります。

・紫外領域の光をガラスなどに当てた場合、固有振動数と紫外線の振動数がほぼ同じであるために、屈折率が異常に大きくなります。

・X線をガラスに当てた場合、屈折率が1より小さくなります。

補足

返答有難う御座います。
早速なのですが，補足させてください
1．物質の固有振動数と紫外線の振動数が一致すると何故屈折率が大きくなのか
2．屈折率が1以下とは物理的にどうなるのか
大変申し訳ありませんが、このことにつきまして
再度返答頂けると幸いです
では

回答No.2

noname#11476

>光の波長は短いほうが，集光性が悪かったと記憶しています．
何故このように認識されたのか疑問です。

光を集光するときに、より小さなスポットサイズに出来るのは、波長が短いほうです。
これは光の回折によるスポットサイズの広がりを考えると、短波長のほうが回折しにくいからです。

光を集光する光学素子について考えてみます。
・凹面鏡、方物面鏡など反射光学系を使う場合は、その波長における反射率が問題で真空紫外領域（＜１００ｎｍ程度）では反射率の高いものが簡単に得られないという問題はあります。

・屈折型のレンズなどを考える場合は、かなり複雑です。
物質によっても違いがありますが、基本的には可視光から短波長側に行くと屈折率は高くなっていき、また吸収も強くなるため、最後には実用的なレンズは作れなくなります。
更に短波長に進むと（Ｘ線に近い領域）こんど逆に透明になっていき、屈折率は限りなく１になりレンズを作ることは出来なくなります。

波長と屈折率の関係は物質によって異なりますので、お知りになりたい場合は、その対象となる物質のデータを探すことになります。

補足

詳しい回答有難う御座います。
スポットサイズに関しても，波長の長いものの方が小さく出来るのかと思っていました．ご指摘有難う御座います。
さらに質問させていただきたいのですが，短波長側に行くほど吸収も強くなるとありますが，なぜなのでしょうか？
丁度それについても質問しようかと考えていたところなのです。
何卒教えてくださいませ．宜しくお願いします。
では

回答No.1

oshiete_goo

プリズムの例を考えれば分かるように，可視光と通常の物質の場合だと，
波長が短い方が屈折率は大きく，大きな角度で曲がります．
（赤い方[長波長側]が紫[短波長側]よりも曲がりにくい．）

プリズムによるスペクトルの例
http://www.city.yokohama.jp/yhspot/ysc/ysc/noda/g5214.html

屈折率の例
http://www.starclick.ne.jp/backnumber/1999Aut/telescope/kussetsu.html

一般論
http://www.newport-japan.co.jp/tutorial/opt_101_01.html

参考URL：

http://www.city.yokohama.jp/yhspot/ysc/ysc/noda/g5214.html

お礼

お早い返答有難う御座います。
波長が短い光のほうが屈折率は大きくなるんですね。完全に間違っていました。
さらに屈折率の例等を教えてくださり有難う御座います。助かります。
Thank you!