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什么是瑞利散射?

作者:佚名 来源:光行天下整理 时间:2020-07-21 21:57 阅读:191 [投稿]
瑞利散射是一种常见的光学现象,以英国物理学家瑞利勋爵的名字命名。它是光在散射中心的线性散射,散射中心比光的波长小得多。

瑞利散射是一种常见的光学现象,以英国物理学家瑞利勋爵的名字命名。它是光在散射中心的线性散射,散射中心比光的波长小得多。在这种情况下,散射与振幅成比例的中崭露头角的振幅,提供给逆波长的四次幂发生,并且向1个+ COS2θ,其中θ为散射角。前向和后向散射(分别为θ=0和θ=π)的强度相同。

瑞利散射和米氏散射可以通过Mie散射理论(以Gustav Mie命名)来描述较大中心的散射。在这里,特性是不同的。例如,对于前向散射,散射幅度更强,并且波长依赖性不同。

瑞利散射的散射中心可以是单个原子或分子。然而,人们还可以描述例如由于微观密度波动而导致的大气中瑞利散射,微观密度波动是由空气中分子的随机分布引起的。

请注意,对于在多个粒子或散射中心的散射,不能简单地将各个中心散射的功率相加,因为会产生干扰效应:必须添加振幅。结果,在完全纯净且规则的晶体中不会发生光的瑞利散射。而且,仅由于上述随机密度波动,才可能在空气中进行瑞利散射。

瑞利散射的原理公式

在诸如石英玻璃之类的非晶光学材料中,由于不规则的微观结构,总是存在随机的密度波动。它们甚至比通常在室温下的强度要强得多,因为在纤维制造过程中,靠近玻璃软化温度的纤维发生的密度波动被“冻结”。

瑞利散射设置一个下限到传播损耗在光纤。当然,例如由于不规则的纤芯 / 包层界面(特别是折射率对比度高),杂质的散射和吸收以及宏观和微观弯曲,也可能导致其他损失。 为长距离光纤通信而优化的石英纤维具有非常低的传播损耗,接近瑞利散射给出的极限。对于实质上低于经常使用的1.5-μm区域的波长,仅瑞利散射会高于这些光纤在1.5μm波长下的实际损耗。在基本上更长的波长处,瑞利散射会更弱,但是二氧化硅的红外吸收会开始。

原则上,可以使用其他玻璃制成的中红外纤维(例如氟化物纤维),其损耗甚至更低,但实际上二氧化硅纤维已达到最佳性能。

光纤中的大多数瑞利散射光从侧面射出光纤。只有一小部分散射光被散射回去,从而再次在纤维芯中被引导。因此,光纤设备的回波损耗通常很高。光纤设备的总回波损耗通常是由光纤末端,机械接头或光纤连接器等接口处的反射引起的。

由于经常在光纤中发生的高光强度,也可能发生诸如拉曼散射和布里渊散射之类的非线性散射过程。作为线性过程的瑞利散射在低光强度下同样重要。

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