Ce este Rayleigh Scattering: împrăștierea luminii și pierderea acesteia

Lord Rayleigh (12 noiembrie 1842) a fost descoperit împrăștierea rayleigh-ului. Știm fenomenul luminii care este reflecție și refracție . Particulele din atmosferă numite împrăștiere, deoarece atunci când lumina este introdusă în atmosferă, atunci aceste particule vor fi împrăștiate în lumini. Acest fenomen de refracție poate fi numit ca o împrăștiere a luminii. Există două tipuri de împrăștieri, cum ar fi elastic și non-elastic. Rayleigh, Mie și împrăștierea neselectivă sunt împrăștieri elastice, iar radiografia Brillou, Raman, In-elastică, Compton este împrăștierea in-elastică. În acest articol, un tip de împrăștiere elastică și anume Rayleigh este discutat pe scurt.

Ce este Rayleigh Scattering?

Definiție: Rayleigh este împrăștierea moleculelor de către gaz în atmosfera pământului. Puterea de împrăștiere depinde de lungimea de undă a luminii și, de asemenea, de mărimea particulelor. Datorită variațiilor compoziționale, este cauzată împrăștierea rayleigh sau liniară.

Răspândirea luminii

Am traversat câteva fenomene minunate în viața noastră de zi cu zi, cum ar fi culoarea albastră a cerului, culoarea apei din marea adâncă, înroșirea soarelui la răsărit și la apusul soarelui etc. Când cade un fascicul de lumină un atom face ca electronul din atom să vibreze. Electronii care vibrează, la rândul lor, retransmite lumina în toate direcțiile și acest proces se numește împrăștiere.

Atmosfera pământului conține molecule de aer și alte particule minuscule atunci când lumina de la soare trece prin atmosferă, este împrăștiată de un număr mare de particule din atmosferă. Conform legii Rayleigh Scattering (RSL), intensitatea împrăștierii luminii variază invers ca a patra parte a lungimii de undă a înălțimii (1 / h⁴). Comparativ cu lungimile de undă mai lungi, lungimile de undă mai scurte sunt mai mult împrăștiate. Diagrama de împrăștiere liniară este prezentată în figura de mai jos.

Rayleigh Scattering

Conform RSL, lumina de culoare albastră este împrăștiată mai mult decât lumina roșie deoarece, din acest motiv, cerul apare în albastru. La răsăritul soarelui și la apusul soarelui, razele soarelui călătoresc o mare parte a atmosferei. Prin urmare, cea mai mare parte a luminii albastre este împrăștiată și doar lumina roșie ajunge la observator. Prin urmare, soarele apare roșu la lumina soarelui și la apus.

În cazul împrăștierii luminii, aproape toată lumina împrăștiată este observată la aceeași frecvență ca radiația incidentă. Acest fenomen se numește împrăștiere elastică sau rayleigh sau liniară, cu toate acestea, marele medic indian Dr.C.V. Raman a observat că împrăștierea luminii are frecvențe discrete deasupra și sub frecvența incidentului în 1928. Aplicațiile de tip rayleigh sau liniar sunt a se ocupa (detectarea și distanța luminii), radar meteo etc.

Pierderi de împrăștiere Rayleigh

Pierderile de împrăștiere există în fibrele optice datorită variației microscopice a densității materialului și a compoziției. Deoarece sticla este compusă din rețele conectate aleatoriu la oxizi moleculari și mai mulți oxizi precum oxidul de siliciu, GeO_DouăAcestea sunt utilizarea majoră a fluctuației structurii compoziției, aceste două efecte duc la variații ale tipului de refracție și al tipului de dispersie a luminii.

Luminile de împrăștiere datorate modificărilor mici localizate în indicele de refracție al miezului și al materialului de acoperire. Acestea sunt cele două cauze în timpul fabricării fibrelor. Prima se datorează fluctuației ușoare a amestecării ingredientelor, iar cealaltă cauză este o ușoară modificare a densității pe măsură ce solidifică. Figura de mai jos prezintă grafic relația dintre lungimea de undă și pierderea de dispersie a rayleigh-ului.

Pierderi de împrăștiere

Când o rază de lumină lovește astfel de zone, se împrăștie în toate direcțiile, pierderea de împrăștiere pentru sticla cu un singur component este dată de

A_scat= 8π³/ 3λ⁴(n^Două- 1)^DouăLA_BT_fB_T

Unde n = indicele de refracție

LA_B= Constanta lui Boltzman

B_T= Compresibilitate izotermă

T_f= Temperatura fricțională
Pe baza parametrului dimensiunii adimensionale, împrăștierea luminii este împărțită în trei domenii și este definită ca

A = πDp / λ

Unde Dp = Circumferința unei particule

λ = Radiația incidentă a lungimii de undă

Rayleigh este proporțional cu și P (r), A (r) și r. Expresia matematică este dată de

α = α_R+ α_ÎN+ α_OH+ α_IR+ α_UV+ α_ÎN

Unde α_R= RSL

A_ÎN= Pierderea imperfecțiunii

A_OH= Pierderea de absorbție

A_IR= Pierderea absorbției în infraroșu

A_UV= Pierderea absorbției ultraviolete

A_ÎN= Alte pierderi de absorbție a impurităților

Un α_IR(pierderea absorbției în infraroșu) este exprimată matematic ca

A_IR= C exp (-D / λ)

Unde „C” este coeficientul și D este dependent de materiale

Pierderea este proporțională cu λ⁴și la P (r), A (r) și r. Expresia matematică este dată de

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

Unde A (r) = coeficient de împrăștiere liniară

P (r) = Propagarea intensității luminii

‘R’ = Distanta radiala

Aceasta este teoria pierderii liniare de împrăștiere.

Diferența dintre împrăștierea Rayleigh și Mie

Diferența dintre aceste două este discutată mai jos.

Împrăștiere Rayleigh în fibră optică

fibra optica este subțire, flexibilă și transparentă din sticlă și plastic optic de siliciu pur. Fibrele optice sunt mai rapide, impermeabile la interferențele electromagnetice, nu se pot aprinde și pierderea semnalului este mai mică. Când un fascicul de lumină care poartă semnale se deplasează din fibra optică, atunci puterea luminii devine mai mică, această pierdere de putere luminoasă se numește, în general, atenuare. O atenuare trebuie să fie o prioritate pentru mulți ingineri să ia în considerare selectarea și manipularea fibrei optice.

Toate cele mai multe obiecte împrăștie lumini, adică lumina reflectată care le luminează în toate direcțiile. Rayleigh sau împrăștierea liniară este cauzată de interferența cu particule mai mici decât lungimea de undă a luminii. Lumina călătorește prin fibră interacționează cu particulele și apoi împrăștiate în toate direcțiile, provoacă pierderi de energie și atenuare în timpul transmiterii datelor. Aceasta este teoria Rayleigh sau împrăștierea liniară în fibrele optice.

Întrebări frecvente

1). Ce cauzează Rayleigh sau împrăștierea liniară?

Cauzele rayleighului sau împrăștierii liniare sunt, aceasta rezultă din neomogenități în placare și miez. Variațiile densității și compoziției și fluctuația indicelui de refracție sunt problemele care apar din cauza neomogenităților.

2). Cine a descoperit împrăștierea lui Rayleigh?

John William Strut a fost descoperit.

3). Care este diferența dintre împrăștierea Rayleigh și Mie?

În dispersia Rayleigh sau liniară, dimensiunea particulelor de dispersie este mai mică decât lungimea de undă a radiației, iar în dispersia Mie dimensiunea particulelor de dispersie și lungimea de undă a radiației este aceeași.

4). Care sunt cele trei tipuri de împrăștiere?

Cele trei tipuri de împrăștiere sunt rayleigh, împrăștierea neselectivă și împrăștierea Mie.

5). Care este raportul Rayleigh?

Raportul rayleigh este unul dintre parametrii utilizați pentru măsurători de împrăștiere a luminii.

În acest articol, o prezentare generală a Rayleigh Scattering sau scattering liniar , împrăștierea luminii, pierderile prin împrăștiere și diferența dintre împrăștierea Rayleigh și Mie sunt discutate. Iată o întrebare pentru care sunt cauzele împrăștierii Mie?