レイリー散乱とは：光の散乱と損失

レイリー卿（1842年11月12日）はレイリー散乱を発見されました。私たちは光の現象を知っています 反射と屈折 。光が大気に入ると、これらの粒子が光に散乱するため、散乱と呼ばれる大気中の粒子。この屈折の現象は、光の散乱と呼ぶことができます。散乱には、弾性と非弾性の2種類があります。レイリー、三重、および非選択的散乱は弾性散乱であり、ブリロウ、ラマン、非弾性X線、コンプトンは非弾性散乱です。この記事では、弾性散乱の1つのタイプ、つまりレイリーについて簡単に説明します。

レイリー散乱とは何ですか？

定義： レイリーは、地球の大気中のガスによる分子の散乱です。散乱強度は、光の波長と粒子サイズに依存します。組成の変動により、レイリーまたは線形散乱が発生します。

光の散乱

空の青い色、深海の水の色、日の出と日の入りの太陽の赤みなど、私たちは日常生活の中でいくつかの素晴らしい現象を乗り越えてきました。光線が当たると原子それは原子の電子を振動させます。振動する電子は、次に、すべての方向に光を再放出し、このプロセスは散乱と呼ばれます。

地球の大気には、太陽からの光が大気を通過するときに空気分子やその他の小さな粒子が含まれており、大気中の多数の粒子によって散乱されます。レイリー散乱法則（RSL）によると、散乱光の強度は、高さの波長の4番目の部分（1 / h）に反比例して変化します。⁴）。より長い波長と比較して、より短い波長はより多く散乱されます。線形散乱図を下図に示します。

レイリー散乱

RSLによると、このため、空が青く見えるため、青色の光は赤色の光よりも散乱します。日の出と日の入りで、太陽からの光線は大気の大部分を移動します。したがって、青い光のほとんどは散乱され、赤い光だけが観察者に届きます。したがって、太陽は日光と日没で赤く見えます。

光散乱の場合、ほぼすべての散乱光が入射放射線と同じ周波数で観測されます。この現象は弾性またはレイリーまたは線形散乱と呼ばれますが、インドの偉大な医師であるDr.C.V.ラマンは、1928年に光の散乱が入射周波数の上下で離散周波数を持つことを観察しました。レイリーまたは線形タイプの用途は次のとおりです。 対処する （光の検出と測距）、気象レーダーなど。

レイリー散乱損失

材料の密度と組成が微視的に変化するため、光ファイバには散乱損失が存在します。ガラスは分子のランダムに接続されたネットワークと、酸化ケイ素、GeOなどのいくつかの酸化物で構成されているため_二これらは、組成構造の変動の主な用途であり、これらの2つの効果により、屈折型とレイリー型の光の散乱が変化します。

コアとクラッド材料の屈折率の小さな局所的な変化による散乱光。これらは、繊維の製造中の2つの原因です。 1つは材料の混合のわずかな変動によるもので、もう1つは固化に伴う密度のわずかな変化によるものです。下の図は、レイリーの波長と散乱損失の関係をグラフで示しています。

散乱損失

光線がそのようなゾーンに当たると、それはすべての方向に散乱され、単一成分ガラスの散乱損失は次の式で与えられます。

A_{スキャット}=8π³/3λ⁴（n^二-1）^二に_BT_fB_T

ここで、n =屈折率

に_B=ボルツマン定数

B_T=等温圧縮率

T_f=摩擦温度
無次元サイズパラメータに基づいて、光の散乱は3つのドメインに分割され、次のように定義されます。

A =πDp/ λ

ここで、Dp =粒子の円周

λ=入射波長放射

レイリーは、およびP（r）、A（r）、およびrに比例します。数式は次の式で与えられます。

α=α_R+α_の中に+α_ああ+α_IR+α_UV+α_の中に

ここでα_R= RSL

A_の中に=不完全な損失

A_ああ=吸収損失

A_IR=赤外線吸収損失

A_UV=紫外線吸収損失

A_の中に=その他の不純物吸収損失

α_IR（赤外線吸収損失）は数学的に次のように表されます。

A_IR= C exp（-D /λ）

ここで、「C」は係数であり、Dは材料に依存します

損失は​​λに比例します⁴そして、P（r）、A（r）、およびrに。数式は次の式で与えられます。

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

ここで、A（r）=線形散乱係数

P（r）=光強度の伝播

‘r’ =半径距離

これが線形散乱損失の理論です。

レイリー散乱とミー散乱の違い

これら2つの違いについては以下で説明します。

光ファイバにおけるレイリー散乱

ザ・ 光ファイバ 薄く、柔軟性があり、光学的に純粋な石英ガラスとプラスチックの透明性があります。光ファイバはより高速で、電磁干渉の影響を受けず、発火できず、信号損失が少なくなります。信号を運ぶ光線が光ファイバーから伝わると、光の強度が低下します。この光パワーの損失は、一般に減衰と呼ばれます。多くのエンジニアが光ファイバーの選択と取り扱いを検討するには、減衰を最優先する必要があります。

ほとんどすべてのオブジェクトは光を散乱します。つまり、すべての方向にオブジェクトを照らす反射光です。レイリーまたは線形散乱は、光の波長よりも小さい粒子との干渉によって引き起こされます。光はファイバーを通って移動し、粒子と相互作用してからすべての方向に散乱し、データ送信中にエネルギー損失と減衰を引き起こします。これは、光ファイバーにおけるレイリーまたは線形散乱の理論です。

よくある質問

1）。レイリーまたは線形散乱の原因は何ですか？

レイリーまたは線形散乱の原因は、クラッドとコアの不均一性に起因します。密度と組成の変動と屈折率の変動は、不均一性のために発生する問題です。

2）。レイリー散乱を発見したのは誰ですか？

ジョン・ウィリアム・ストラットが発見されました。

3）。レイリー散乱とミー散乱の違いは何ですか？

レイリー散乱または線形散乱では、散乱粒子のサイズは放射波長よりも小さく、ミー散乱では、散乱粒子のサイズと放射の波長は同じです。

4）。散乱の3つのタイプは何ですか？

散乱には、レイリー散乱、非選択的散乱、ミー散乱の3種類があります。

5）。レイリー比とは何ですか？

レイリー比は、光散乱測定に使用されるパラメータの1つです。

この記事では、 レイリー散乱または線形散乱 、光の散乱、散乱損失、およびレイリー散乱とミー散乱の違いについて説明します。ミー散乱の原因は何ですか？