Rayleigh Scattering คืออะไร: การกระเจิงของแสงและการสูญเสีย

ลอร์ดเรย์ลี (12 พฤศจิกายน พ.ศ. 2385) ถูกค้นพบการกระเจิงของไรลีย์ เรารู้ปรากฏการณ์ของแสงที่เป็น การสะท้อนและการหักเหของแสง . อนุภาคในบรรยากาศที่เรียกว่ากระจัดกระจายเพราะเมื่อแสงเข้าสู่บรรยากาศแล้วอนุภาคเหล่านี้จะกระจัดกระจายเป็นแสง ปรากฏการณ์การหักเหของแสงนี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นการกระเจิงของแสง การกระจายมีสองประเภทเช่นยืดหยุ่นและไม่ยืดหยุ่น การกระจายของเรย์ลีห์มิเอะและการกระจายแบบไม่เลือกคือการกระจายแบบยืดหยุ่นและการกระจายรังสีแบบยืดหยุ่น Brillou, Raman, In-elastic X-ray, Compton เป็นการกระจายแบบยืดหยุ่น ในบทความนี้จะกล่าวถึงการกระจายยางยืดประเภทหนึ่งคือ Rayleigh โดยสังเขป

Rayleigh Scattering คืออะไร?

คำจำกัดความ: ไรลีย์คือการกระจัดกระจายของโมเลกุลโดยก๊าซในบรรยากาศของโลก ความแรงของการกระเจิงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นแสงและขนาดของอนุภาคด้วย เนื่องจากการแปรผันขององค์ประกอบจึงทำให้เกิดการกระเจิงแบบเรลีห์หรือเชิงเส้น

การกระเจิงของแสง

เราได้ข้ามปรากฏการณ์มหัศจรรย์บางอย่างในชีวิตประจำวันของเราเช่นสีฟ้าของท้องฟ้าสีของน้ำในทะเลลึกสีแดงของดวงอาทิตย์ตอนพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตก ฯลฯ เมื่อลำแสงตกกระทบ อะตอมทำให้อิเล็กตรอนในอะตอมสั่น ในทางกลับกันอิเล็กตรอนที่สั่นสะเทือนจะเปล่งแสงอีกครั้งในทุกทิศทางและกระบวนการนี้เรียกว่าการกระเจิง

บรรยากาศโลกประกอบด้วยโมเลกุลของอากาศและอนุภาคขนาดเล็กอื่น ๆ เมื่อแสงจากดวงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศมันจะกระจัดกระจายไปตามอนุภาคจำนวนมากในบรรยากาศ ตามกฎการกระจายของเรย์ลีห์ (RSL) ความเข้มของแสงที่กระเจิงจะแปรผกผันตามส่วนที่สี่ของความยาวคลื่นของความสูง (1 / h⁴). เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นที่ยาวกว่าความยาวคลื่นที่สั้นกว่าจะกระจัดกระจายมากขึ้น แผนภาพการกระเจิงเชิงเส้นแสดงในรูปด้านล่าง

การกระเจิงของ Rayleigh

ตาม RSL แสงสีฟ้ากระจัดกระจายมากกว่าแสงสีแดงเพราะด้วยเหตุนี้ท้องฟ้าจึงปรากฏเป็นสีน้ำเงิน เมื่อพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตกดินรังสีจากดวงอาทิตย์จะเดินทางเข้าสู่ชั้นบรรยากาศเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นแสงสีน้ำเงินส่วนใหญ่จึงกระจัดกระจายออกไปและมีเพียงแสงสีแดงเท่านั้นที่ไปถึงผู้สังเกตการณ์ ดังนั้นดวงอาทิตย์จะปรากฏเป็นสีแดงเมื่อแสงแดดและพระอาทิตย์ตก

ในกรณีของการกระเจิงของแสงจะสังเกตเห็นแสงที่กระเจิงเกือบทั้งหมดที่ความถี่เดียวกับรังสีตกกระทบ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า elastic หรือ rayleigh หรือ linear scattering อย่างไรก็ตาม Dr.C.V.Raman แพทย์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวอินเดียสังเกตว่าการกระเจิงของแสงมีความถี่ที่ไม่ต่อเนื่องด้านบนและด้านล่างของความถี่ที่ตกกระทบในปีพ. ศ. 2471 การใช้งานของ rayleigh หรือ linear type คือ เพื่อจัดการ (ตรวจจับแสงและช่วง) เรดาร์ตรวจอากาศ ฯลฯ

การสูญเสียที่กระจัดกระจายของเรย์ลี

การสูญเสียการกระจัดกระจายมีอยู่ในเส้นใยแสงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของวัสดุและองค์ประกอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ เนื่องจากแก้วประกอบด้วยเครือข่ายที่เชื่อมต่อแบบสุ่มที่โมเลกุลและออกไซด์หลายตัวเช่นซิลิคอนออกไซด์ GeO_สองเป็นต้นสิ่งเหล่านี้เป็นการใช้ความผันผวนของโครงสร้างองค์ประกอบที่สำคัญผลกระทบทั้งสองนี้ส่งผลให้เกิดความแปรปรวนของการกระเจิงของแสงประเภทหักเห

ไฟที่กระจัดกระจายเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในดัชนีหักเหของแกนกลางและวัสดุหุ้ม นี่คือสองสาเหตุระหว่างการผลิตเส้นใย ประการแรกเกิดจากความผันผวนเล็กน้อยในการผสมส่วนผสมและสาเหตุอื่น ๆ คือการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นเล็กน้อยเมื่อแข็งตัว รูปด้านล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นและการกระจัดกระจายของไรลีห์

การสูญเสียที่กระจัดกระจาย

เมื่อรังสีแสงกระทบกับโซนดังกล่าวมันจะกระจัดกระจายไปทุกทิศทางการสูญเสียการกระจัดกระจายสำหรับกระจกชิ้นเดียวจะได้รับจาก

ก_scat= 8π³/ 3λ⁴(n^สอง- 1)^สองถึง_ขต_ฉข_ต

โดยที่ n = ดัชนีหักเห

ถึง_ข= ค่าคงที่ของ Boltzman

ข_ต= ความสามารถในการบีบอัดแบบไอโซเทอร์มอล

ต_ฉ= อุณหภูมิเสียดทาน
ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ขนาดไร้มิติการกระจายของแสงแบ่งออกเป็นสามโดเมนและถูกกำหนดให้เป็น

A = πDp / λ

โดยที่ Dp = เส้นรอบวงของอนุภาค

λ = การแผ่รังสีความยาวคลื่นที่เกิดขึ้น

Rayleigh เป็นสัดส่วนกับ P (r), A (r) และ r นิพจน์ทางคณิตศาสตร์กำหนดโดย

α = α_ร+ α_ใน+ α_โอ้+ α_IR+ α_ยูวี+ α_ใน

โดยที่α_ร= RSL

ก_ใน= การสูญเสียความไม่สมบูรณ์

ก_โอ้= การสูญเสียการดูดซึม

ก_IR= การสูญเสียการดูดซึมอินฟราเรด

ก_ยูวี= การสูญเสียการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต

ก_ใน= การสูญเสียการดูดซึมสิ่งสกปรกอื่น ๆ

α_IR(การสูญเสียการดูดกลืนแสงอินฟราเรด) แสดงทางคณิตศาสตร์เป็น

ก_IR= C exp (-D / λ)

โดยที่ 'C' คือค่าสัมประสิทธิ์และ D ขึ้นอยู่กับวัสดุ

การสูญเสียเป็นสัดส่วนกับλ⁴และไปยัง P (r), A (r) และ r นิพจน์ทางคณิตศาสตร์กำหนดโดย

ก_ร= 1 / λ⁴∫₀^{+ ∞}ก (r) P (r) rdr / ∫₀^{+ ∞}P (r) rdr

โดยที่ A (r) = สัมประสิทธิ์การกระเจิงเชิงเส้น

P (r) = การแพร่กระจายของความเข้มแสง

‘r’ = ระยะเรเดียล

นี่คือทฤษฎีการสูญเสียการกระเจิงเชิงเส้น

ความแตกต่างระหว่างการกระเจิงของ Rayleigh และ Mie

ความแตกต่างระหว่างสองสิ่งนี้จะกล่าวถึงด้านล่าง

Rayleigh Scattering ในใยแก้วนำแสง

ใยแก้วนำแสง มีความบางยืดหยุ่นและโปร่งใสของแก้วซิลิก้าและพลาสติกบริสุทธิ์ เส้นใยนำแสงเร็วกว่าไม่อนุญาตให้มีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถลุกเป็นไฟและการสูญเสียสัญญาณน้อยลง เมื่อลำแสงที่นำสัญญาณเดินทางจากไฟเบอร์ออปติกความแรงของแสงจะลดลงการสูญเสียพลังงานแสงนี้โดยทั่วไปเรียกว่าการลดทอน การลดทอนจะต้องมีความสำคัญสูงสุดสำหรับวิศวกรหลายคนในการพิจารณาเลือกและจัดการไฟเบอร์ออปติก

วัตถุส่วนใหญ่ทั้งหมดกระจายแสงนั่นหมายถึงแสงสะท้อนที่ส่องสว่างไปทุกทิศทาง การกระเจิงแบบไรลีย์หรือเชิงเส้นเกิดจากการรบกวนของอนุภาคที่เล็กกว่าความยาวคลื่นของแสง แสงเดินทางผ่านเส้นใยมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคและกระจัดกระจายไปทุกทิศทางทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานและการลดทอนระหว่างการส่งข้อมูล นี่คือทฤษฎีของ Rayleigh หรือการกระเจิงเชิงเส้นในเส้นใยแสง

คำถามที่พบบ่อย

1). อะไรเป็นสาเหตุของ Rayleigh หรือการกระเจิงเชิงเส้น

สาเหตุของการกระจัดกระจายแบบไรลีย์หรือเชิงเส้นนั้นเป็นผลมาจากความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในการหุ้มและแกน ความหนาแน่นและความแปรผันขององค์ประกอบและความผันผวนของดัชนีหักเหเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นเนื่องจากความไม่สอดคล้องกัน

2). ใครเป็นคนค้นพบการกระเจิงของ Rayleigh?

มีการค้นพบ John William Strut

3). Rayleigh กับ Mie scattering ต่างกันอย่างไร?

ในการกระเจิงแบบเรย์ลีหรือเชิงเส้นขนาดของอนุภาคที่กระจายจะเล็กกว่าความยาวคลื่นของรังสีและในมิเอะกระจายขนาดของอนุภาคที่กระเจิงและความยาวคลื่นของรังสีจะเท่ากัน

4). กระเจียวทั้งสามประเภทคืออะไร?

การกระจายทั้งสามประเภทคือการกระจายแบบไม่เลือกและการกระจายแบบมิเอะ

5). อัตราส่วน Rayleigh คืออะไร?

อัตราส่วนเรย์ลีเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่ใช้สำหรับการวัดการกระเจิงของแสง

ในบทความนี้ภาพรวมของ Rayleigh Scattering หรือ linear scattering มีการพูดถึงการกระเจิงของแสงการสูญเสียที่กระจัดกระจายและความแตกต่างระหว่างการกระเจิงของเรย์ลีกับมิเอะ คำถามที่ว่าสาเหตุของการกระเจิงของมิเอะคืออะไร?