棱镜色散模拟器 - 白光分解为光谱

棱镜色散是指白光通过三棱镜后，被分解成从红色到紫色的连续光谱的现象。其核心原理是不同波长的光在同一介质中的折射率不同（即色散现象）。紫光波长较短，在玻璃中的折射率较大，因此偏折角度更大；红光波长较长，折射率较小，偏折角度也较小。白光经过棱镜的两次折射后，各色光因偏折角度不同而分离开来，形成绚丽的光谱。

1666年，艾萨克·牛顿通过著名的棱镜实验首次证明了白光是由多种颜色的光复合而成。他用一个棱镜将白光分解为光谱，再通过第二个倒置的棱镜将光谱重新合成为白光，彻底颠覆了当时"白光是纯光、颜色是光的变形"的主流观点。这一实验奠定了现代光谱学和光学研究的基础，也开启了人类对光本质的深入探索。

光的折射率取决于光在介质中的传播速度，而传播速度又与光的频率（波长）和介质中电子的响应有关。简单来说，高频（短波长）的光使介质中的电子极化更剧烈，导致光速降低更多，折射率也就更大。这一关系由柯西公式（Cauchy's equation）近似描述：n(λ) = A + B/λ² + C/λ⁴，其中λ为波长，A、B、C为材料常数。波长越短，折射率越高。

冕牌玻璃（Crown Glass）色散较低，阿贝数较大（约55-65），折射率适中（约1.50-1.54），常用于普通光学镜片。火石玻璃（Flint Glass）含有氧化铅等成分，色散较高，阿贝数较小（约30-45），折射率较高（约1.55-1.80），能产生更明显的光谱分离效果。在本模拟器中切换材质，可以直观感受不同玻璃的色散能力差异。

彩虹的形成与棱镜色散原理完全相同——都是光的折射与色散。雨后的水滴充当了无数个微小的"棱镜"：阳光进入水滴时发生折射和色散，在水滴内部反射后再次折射出来，不同波长的光以不同角度出射（红光约42°、紫光约40°），形成了我们看到的拱形彩虹。主虹（一道虹）由一次内反射形成，副虹（霓）由两次内反射形成，颜色顺序相反。

棱镜顶角越大，光线在棱镜内部的总偏折越大，色散宽度通常也越大，但过大的顶角可能导致出射面发生全内反射，光线无法射出。入射角也有一个最佳范围——过小则色散不足，过大则接近全反射临界角。通常存在一个最小偏向角位置，此时光谱最清晰且对称。使用本模拟器调节这些参数，可以直观感受它们对光谱展开宽度的影响。

在顶角朝上的标准棱镜设置中，出射光线向下偏折。紫光因折射率大、偏折角度最大，落在光谱的最下方；红光折射率小、偏折最小，落在最上方。因此光谱从上到下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。如果棱镜倒置（顶角朝下），顺序也会颠倒。可见光波长范围约380nm（紫）至750nm（红），人类眼睛对这个范围内的电磁辐射敏感。