Lord Rayleigh (ngày 12 tháng 11 năm 1842) được phát hiện ra hiện tượng tán xạ rayleigh. Chúng ta biết hiện tượng ánh sáng là phản xạ và khúc xạ . Các hạt trong khí quyển gọi là tán xạ vì khi ánh sáng đi vào khí quyển thì các hạt này sẽ bị tán xạ thành ánh sáng. Hiện tượng khúc xạ này có thể được gọi là hiện tượng tán xạ ánh sáng. Có hai loại tán xạ như đàn hồi và không đàn hồi. Các tán xạ rayleigh, Mie và không chọn lọc là các tán xạ đàn hồi và Brillou, Raman, Tia X đàn hồi, Compton là các tán xạ đàn hồi. Trong bài viết này, một loại tán xạ đàn hồi cụ thể là Rayleigh được thảo luận ngắn gọn.
Rayleigh Scattering là gì?
Định nghĩa: Rayleigh là sự tán xạ của các phân tử bởi khí trong bầu khí quyển của trái đất. Cường độ tán xạ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng và kích thước hạt. Do các biến thể thành phần, gây ra sự tán xạ rayleigh hoặc tuyến tính.
Tán xạ ánh sáng
Chúng ta đã vượt qua một số hiện tượng tuyệt vời trong cuộc sống hàng ngày của mình, chẳng hạn như màu xanh của bầu trời, màu của nước dưới biển sâu, màu đỏ của mặt trời lúc bình minh và hoàng hôn, v.v. Khi một chùm ánh sáng chiếu vào một nguyên tử nó làm cho electron trong nguyên tử dao động. Đến lượt mình, các electron dao động lại phát ra ánh sáng theo mọi hướng và quá trình này được gọi là sự tán xạ.
Bầu khí quyển trái đất chứa các phân tử không khí và các hạt nhỏ khác khi ánh sáng từ mặt trời đi qua bầu khí quyển, nó sẽ bị phân tán bởi một lượng lớn các hạt trong khí quyển. Theo Định luật tán xạ Rayleigh (RSL), cường độ của ánh sáng tán xạ thay đổi tỷ lệ nghịch với phần thứ tư của bước sóng chiều cao (1 / h4). So với các bước sóng dài hơn các bước sóng ngắn hơn bị tán xạ nhiều hơn. Biểu đồ tán xạ tuyến tính được thể hiện trong hình dưới đây.
Rayleigh tán xạ
Theo RSL, ánh sáng màu xanh lam bị phân tán nhiều hơn ánh sáng màu đỏ bởi vì lý do này, bầu trời có màu xanh lam. Lúc mặt trời mọc và mặt trời lặn, các tia từ mặt trời truyền đi một phần lớn bầu khí quyển. Do đó, phần lớn ánh sáng xanh bị tán xạ đi và chỉ có ánh sáng đỏ đến được người quan sát. Do đó, mặt trời có màu đỏ vào lúc sáng và lúc hoàng hôn.
Trong trường hợp tán xạ ánh sáng, gần như tất cả ánh sáng tán xạ đều quan sát được ở cùng tần số với bức xạ tới. Hiện tượng này được gọi là tán xạ đàn hồi hoặc rayleigh hay tuyến tính, tuy nhiên, bác sĩ vĩ đại người Ấn Độ Dr.C.V.Raman đã quan sát thấy rằng sự tán xạ ánh sáng có tần số rời rạc trên và dưới tần số tới vào năm 1928. Các ứng dụng của rayleigh hoặc tuyến tính là giải quyết (phát hiện ánh sáng và phạm vi), radar thời tiết, v.v.
Tổn thất tán xạ Rayleigh
Suy hao tán xạ tồn tại trong sợi quang do sự thay đổi vi mô của mật độ vật liệu và thành phần. Vì thủy tinh được cấu tạo bởi các mạng liên kết ngẫu nhiên ở phân tử và một số oxit như oxit silic, GeOhaivv Đây là cách sử dụng chính của sự dao động cấu trúc thành phần, hai hiệu ứng này dẫn đến sự thay đổi trong khúc xạ và kiểu tán xạ của ánh sáng.
Các ánh sáng tán xạ do những thay đổi cục bộ nhỏ trong chiết suất của lõi và vật liệu ốp. Đây là hai nguyên nhân trong quá trình sản xuất sợi. Đầu tiên là do sự pha trộn của các thành phần có sự dao động nhẹ và nguyên nhân khác là sự thay đổi nhỏ về tỷ trọng khi đông đặc lại. Hình dưới đây cho thấy bằng đồ thị mối quan hệ giữa bước sóng và suy hao tán xạ của rayleigh.
Tổn thất phân tán
Khi một tia sáng chiếu vào các vùng như vậy, nó bị tán xạ theo mọi hướng, sự mất mát tán xạ đối với thủy tinh một thành phần được
Ađi đi= 8π3/ 3λ4(nhai- 1)haiĐẾNBTfBT
Trong đó n = Chỉ số khúc xạ
ĐẾNB= Hằng số Boltzman
BT= Khả năng nén đẳng nhiệt
Tf= Nhiệt độ ma sát
Dựa trên tham số kích thước không thứ nguyên, sự tán xạ của ánh sáng được chia thành ba miền và nó được định nghĩa là
A = πDp / λ
Trong đó Dp = Chu vi của một hạt
λ = Bức xạ bước sóng sự cố
Rayleigh tỷ lệ với và P (r), A (r) và r. Biểu thức toán học được đưa ra bởi
α = αR+ αBÊN TRONG+ αOH+ αIR+ αUV+ αBÊN TRONG
Ở đâu αR= RSL
aBÊN TRONG= Mất hoàn hảo
aOH= Mất hấp thụ
aIR= Mất hấp thụ tia hồng ngoại
aUV= Mất khả năng hấp thụ tia cực tím
aBÊN TRONG= Mất hấp thụ tạp chất khác
Một αIR(mất mát hấp thụ tia hồng ngoại) được biểu thị về mặt toán học là
aIR= C exp (-D / λ)
Trong đó ‘C’ là hệ số và D phụ thuộc vào vật liệu
Sự mất mát tỷ lệ với λ4và với P (r), A (r) và r. Biểu thức toán học được đưa ra bởi
aR= 1 / λ4∫0+ ∞A (r) P (r) rdr / ∫0+ ∞P (r) rdr
Trong đó A (r) = Hệ số tán xạ tuyến tính
P (r) = Sự lan truyền cường độ ánh sáng
‘R’ = Khoảng cách xuyên tâm
Đây là lý thuyết về suy hao tán xạ tuyến tính.
Sự khác biệt giữa tán xạ Rayleigh và Mie
Sự khác biệt giữa hai điều này được thảo luận dưới đây.
| S.NO | Rayleigh hoặc tán xạ tuyến tính | Mie tán xạ |
| 1 | TrongRayleigh hoặc tuyến tínhtán xạ, kích thước hạt nhỏ hơn bước sóng | Trong MI Etán xạ, kích thước hạt lớn hơn bước sóng |
| hai | Sự phụ thuộc vào bước sóng rất mạnh trong sự tán xạ này | Sự phụ thuộc vào bước sóng là yếu trong sự tán xạ này |
| 3 | Nó là một tán xạ tuyến tính | Nó cũng là một tán xạ tuyến tính |
| 4 | Các loại hạt trong nàytán xạ là các phân tử không khí | Các loại hạt trong MI Etán xạ là khói, khói và khói mù |
| 5 | Đường kính hạt phân tử không khí là 0,0001 đến 0,001 micromet và hiện tượng của các phân tử không khí là bầu trời xanh và hoàng hôn đỏ | Đường kính hạt sol khí tính bằng MI Eđộ tán xạ từ 0,01 đến 1,0 micromet và hiện tượng sol khí (chất ô nhiễm) là sương khói màu nâu |
Tán xạ Rayleigh trong sợi quang
Các cáp quang mỏng, dẻo và trong suốt của thủy tinh và nhựa silica tinh khiết về mặt quang học. Các sợi quang nhanh hơn, không bị nhiễu điện từ, không thể bắt lửa và suy hao tín hiệu ít hơn. Khi một chùm ánh sáng mang tín hiệu đi từ sợi quang, khi đó cường độ của ánh sáng trở nên thấp hơn, sự mất mát công suất ánh sáng này thường được gọi là suy hao. Sự suy giảm phải là ưu tiên hàng đầu của nhiều kỹ sư khi cân nhắc lựa chọn và xử lý sợi quang.
Tất cả hầu hết các vật thể đều tán xạ ánh sáng, có nghĩa là ánh sáng phản xạ chiếu sáng chúng theo mọi hướng. Sự tán xạ rayleigh hay tuyến tính là do sự giao thoa với các hạt nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng. Ánh sáng truyền qua sợi quang tương tác với các hạt và sau đó phân tán theo mọi hướng, nó gây ra tổn thất và suy giảm năng lượng trong quá trình truyền dữ liệu. Đây là lý thuyết về Rayleigh hay tán xạ tuyến tính trong sợi quang học.
Câu hỏi thường gặp
1). Nguyên nhân gây ra Rayleigh hay tán xạ tuyến tính?
Nguyên nhân của rayleigh hoặc tán xạ tuyến tính, nó là kết quả của sự không đồng nhất trong lớp phủ và lõi. Mật độ & sự biến đổi thành phần và sự dao động trong chiết suất là những vấn đề xảy ra do sự không đồng nhất.
2). Ai phát hiện ra hiện tượng tán xạ Rayleigh?
John William Strut đã được phát hiện.
3). Sự khác biệt giữa tán xạ Rayleigh và Mie là gì?
Trong tán xạ Rayleigh hay tán xạ tuyến tính, kích thước của các hạt tán xạ nhỏ hơn bước sóng bức xạ và trong tán xạ Mie kích thước của các hạt tán xạ và bước sóng của bức xạ là như nhau.
4). Ba loại tán xạ là gì?
Ba dạng tán xạ là tán xạ rayleigh, tán xạ không chọn lọc và tán xạ Mie.
5). Tỷ lệ Rayleigh là gì?
Tỷ lệ rayleigh là một trong những thông số được sử dụng để đo độ tán xạ ánh sáng.
Trong bài viết này, tổng quan về Tán xạ Rayleigh hoặc tán xạ tuyến tính , tán xạ ánh sáng, suy hao tán xạ, và sự khác biệt giữa tán xạ Rayleigh và Mie được thảo luận. Đây là một câu hỏi cho những nguyên nhân gây ra chứng phân tán Mie là gì?
