Vad är Rayleigh-spridning??

Rayleighspridning är ett vanligt optiskt fenomen som är uppkallat efter den brittiske fysikern Lord Rayleigh. Det är den linjära spridningen av ljus vid ett spridningscentrum som är mycket mindre än ljusets våglängd. I det här fallet, Spridningen är proportionell mot amplituden för den mellersta framväxande amplituden, förutsatt att den omvända våglängden inträffar till den fjärde potensen och till 1 + COS 2 θ, där θ är spridningsvinkeln. Spridning framåt och bakåt (θ = 0 och θ = π, respektive) har samma intensitet.

Rayleighspridning och Mie-spridning kan beskrivas med Mie-spridningsteori (uppkallad efter Gustav Mie) För större centra. Här, Egenskaperna är olika. Till exempel, för framåtriktad spridning, Spridningsamplituden är starkare och har ett annat våglängdsberoende.

Spridningscentra för Rayleigh-spridning kan vara enskilda atomer eller molekyler. Emellertid, Man kan också beskriva Rayleighs spridning i atmosfären på grund av, till exempel, till mikroskopiska densitetsfluktuationer, som orsakas av slumpmässig fördelning av molekyler i luften.

Observera att för spridning vid flera partiklar eller spridningscentra, Man kan inte bara lägga ihop den kraft som sprids av de enskilda centren på grund av interferenseffekter: amplituderna måste adderas. Som ett resultat av detta, Rayleigh-spridning av ljus förekommer inte i helt rena och regelbundna kristaller. Dessutom, Rayleigh-spridning i luft är endast möjlig på grund av de slumpmässiga densitetsfluktuationer som beskrivs ovan.

Formel för principen för Rayleigh-spridning

I amorfa optiska material som kvartsglas, Slumpmässiga densitetsfluktuationer existerar alltid på grund av den oregelbundna mikrostrukturen. De är till och med mycket starkare än vanligt vid rumstemperatur eftersom densitetsfluktuationerna som uppstår i fibrerna nära glasets mjukningstemperatur "fryses" under fibertillverkningsprocessen.

Rayleigh-spridning sätter en nedre gräns för utbredningsförlusten i optiska fibrer. Självklart, Andra förluster kan också uppstå, t.ex. på grund av oregelbundna gränssnitt mellan kärna och beklädnad (Speciellt vid höga brytningsindexkontraster), spridning och absorption av föroreningar samt makro- och mikroböjning. Kvartsfibrer optimerade för långdistans fiberoptisk kommunikation har mycket låga utbredningsförluster, nära den gräns som ges av Rayleigh-spridning. För våglängder som ligger betydligt under det ofta använda 1,5-μm-området, Enbart Rayleigh-spridning kommer att vara högre än den faktiska förlusten av dessa fibrer vid våglängder på 1,5 μm. Vid väsentligen längre våglängder, Rayleigh-spridningen skulle vara svagare, Men den infraröda absorptionen av kiseldioxid skulle börja.

I princip, Det skulle vara möjligt att använda mellaninfraröda fibrer gjorda av andra glasögon (t.ex., fluoridfibrer) med ännu lägre förluster, Men i praktiken har kiseldioxidfibrer redan optimal prestanda.

Det mesta av det Rayleigh-spridda ljuset i en optisk fiber kommer ut ur fibern från sidan. Endast en liten del av det spridda ljuset sprids tillbaka och leds därmed tillbaka i fiberkärnan. Som ett resultat av detta, Returförlusten för fiberoptiska enheter är vanligtvis hög. The total return loss of fiber optic devices is usually caused by reflections at interfaces such as fiber ends, Mekaniska skarvar eller fiberkontakter.

På grund av den höga ljusintensiteten som ofta förekommer i optiska fibrer, icke-linjära spridningsprocesser såsom Ramanspridning och Brillouinspridning kan också förekomma. Rayleigh-spridning som en linjär process är också viktig vid låga ljusintensiteter.

Fiberoptisk temperatursensor, Intelligent övervakningssystem, Tillverkare av distribuerad fiberoptik i Kina