In der Optik ist Streuung das Phänomen, in dem die Phase-Geschwindigkeit einer Welle von seiner Frequenz, oder wechselweise abhängt, wenn die Gruppengeschwindigkeit von der Frequenz abhängt.

Medien, die solch ein Eigentum haben, werden dispersive Medien genannt. Streuung wird manchmal chromatische Streuung genannt', um seine von der Wellenlänge abhängige Natur oder Gruppengeschwindigkeitsstreuung (GVD) zu betonen, um die Rolle der Gruppengeschwindigkeit zu betonen.

Streuung wird meistenteils für leichte Wellen beschrieben, aber sie kann für jede Art der Welle vorkommen, die mit einem Medium aufeinander wirkt oder eine inhomogeneous Geometrie (z.B, ein Wellenleiter) wie Schallwellen durchführt.

Beispiele der Streuung

Das vertrauteste Beispiel der Streuung ist wahrscheinlich ein Regenbogen, in dem Streuung die Raumtrennung eines weißen Lichtes in Bestandteile von verschiedenen Wellenlängen (verschiedene Farben) verursacht. Jedoch hat Streuung auch eine Wirkung in vielen anderen Verhältnissen: Zum Beispiel veranlasst GVD Pulse, sich in Glasfaserleitern auszubreiten, Signale über lange Entfernungen erniedrigend; auch führt eine Annullierung zwischen Gruppengeschwindigkeitsstreuung und nichtlinearen Effekten zu soliton Wellen.

Quellen der Streuung

Es gibt allgemein zwei Quellen der Streuung: materielle Streuung und Wellenleiter-Streuung. Materielle Streuung kommt aus einer frequenzabhängigen Antwort eines Materials zu Wellen. Zum Beispiel führt materielle Streuung zu unerwünschter chromatischer Aberration in einer Linse oder der Trennung von Farben in einem Prisma. Wellenleiter-Streuung kommt vor, wenn die Geschwindigkeit einer Welle in einem Wellenleiter (wie ein Glasfaserleiter) von seiner Frequenz aus geometrischen Gründen abhängt, die jeder Frequenzabhängigkeit der Materialien unabhängig sind, von denen es gebaut wird. Mehr allgemein kann "Wellenleiter"-Streuung für Wellen vorkommen, die sich durch jede inhomogeneous Struktur fortpflanzen (z.B, ein photonic Kristall), ob die Wellen auf ein Gebiet beschränkt werden. Im Allgemeinen können beide Typen der Streuung da sein, obwohl sie nicht ausschließlich zusätzlich sind. Ihre Kombination führt, um Degradierung in Glasfaserleitern für das Fernmeldewesen, weil die unterschiedliche Verzögerung in der Ankunftszeit zwischen verschiedenen Bestandteilen eines Signals "Schmieren" das Signal rechtzeitig Zeichen zu geben.

Materielle Streuung in der Optik

Materielle Streuung kann eine wünschenswerte oder unerwünschte Wirkung in optischen Anwendungen sein. Die Streuung des Lichtes durch Glasprismen wird verwendet, um Spektrometer und spectroradiometers zu bauen. Holografische gratings werden auch verwendet, weil sie genaueres Urteilsvermögen von Wellenlängen erlauben. Jedoch, in Linsen, verursacht Streuung chromatische Aberration, eine unerwünschte Wirkung, die Images in Mikroskopen, Fernrohren und fotografischen Zielen erniedrigen kann.

Die Phase-Geschwindigkeit, v, einer Welle in einem gegebenen gleichförmigen Medium wird durch gegeben

wo c die Geschwindigkeit des Lichtes in einem Vakuum ist und n der Brechungsindex des Mediums ist.

Im Allgemeinen ist der Brechungsindex etwas Funktion der Frequenz f vom Licht, so n = n (f), oder wechselweise, in Bezug auf die Wellenlänge der Welle n = n (λ). Die Wellenlänge-Abhängigkeit eines Brechungsindexes eines Materials wird gewöhnlich durch seine Zahl von Abbe oder seine Koeffizienten in einer empirischen Formel wie die Gleichungen von Cauchy oder Sellmeier gemessen.

Wegen der Kramers-Kronig Beziehungen ist die Wellenlänge-Abhängigkeit des echten Teils des Brechungsindexes mit der materiellen Absorption verbunden, beschrieben durch den imaginären Teil des Brechungsindexes (hat auch den Erlöschen-Koeffizienten genannt). Insbesondere für nichtmagnetische Materialien (μ = &mu) ist die Empfänglichkeit, die in den Kramers-Kronig Beziehungen erscheint, die elektrische Empfänglichkeit.

Die meistens gesehene Folge der Streuung in der Optik ist die Trennung des weißen Lichtes in ein Farbenspektrum durch ein Prisma. Aus dem Gesetz von Snell kann es gesehen werden, dass der Winkel der Brechung des Lichtes in einem Prisma vom Brechungsindex des Prisma-Materials abhängt. Da sich dieser Brechungsindex mit der Wellenlänge ändert, hieraus folgt dass sich der Winkel, durch den das Licht gebrochen wird, auch mit der Wellenlänge ändern wird, eine winkelige Trennung der als winkelige Streuung bekannten Farben verursachend.

Für das sichtbare Licht nehmen Brechungsindizes n der meisten durchsichtigen Materialien (z.B, Luft, Brille) mit der zunehmenden Wellenlänge λ ab:

oder wechselweise: