Cos'è la diffusione di Rayleigh?-INNO

Rayleigh scattering is a common optical phenomenon named after the British physicist Lord Rayleigh. It is the linear scattering of light at a scattering center that is much smaller than the wavelength of the light. In questo caso, the scattering is proportional to the amplitude of the mid-emerging amplitude, provided that the inverse wavelength occurs to the fourth power and to 1 + COS 2 θ, where θ is the scattering angle. Forward and backward scattering (θ = 0 and θ = π, rispettivamente) have the same intensity.

Sistema di misurazione della temperatura distribuito in fibra ottica

Rayleigh scattering and Mie scattering can be described by Mie scattering theory (named after Gustav Mie) for larger centers. Qui, the properties are different. Per esempio, for forward scattering, the scattering amplitude is stronger and has a different wavelength dependence.

I centri di diffusione per la diffusione di Rayleigh possono essere singoli atomi o molecole. Tuttavia, si può anche descrivere lo scattering di Rayleigh nell'atmosfera dovuto, Per esempio, alle fluttuazioni microscopiche della densità, che sono causati dalla distribuzione casuale delle molecole nell'aria.

Si noti che per la diffusione su più particelle o centri di diffusione, non si può semplicemente sommare la potenza dispersa dai singoli centri a causa degli effetti di interferenza: le ampiezze devono essere sommate. Di conseguenza, La diffusione della luce di Rayleigh non si verifica nei cristalli perfettamente puri e regolari. Inoltre, La diffusione di Rayleigh nell'aria è possibile solo a causa delle fluttuazioni casuali di densità descritte sopra.

Formula del principio dello scattering di Rayleigh

In materiali ottici amorfi come il vetro al quarzo, esistono sempre fluttuazioni casuali della densità a causa della microstruttura irregolare. They are even much stronger than usual at room temperature because the density fluctuations occurring in the fibers near the glass softening temperature are “frozen” during the fiber manufacturing process.

Rayleigh scattering sets a lower limit to the propagation loss in optical fibers. Ovviamente, other losses can also result, e.g. due to irregular core/cladding interfaces (especially with high refractive index contrasts), scattering and absorption of impurities as well as macro- and micro-bending. Quartz fibers optimized for long-haul fiber optic communications have very low propagation losses, close to the limit given by Rayleigh scattering. For wavelengths substantially below the often-used 1.5-μm region, Rayleigh scattering alone will be higher than the actual loss of these fibers at 1.5-μm wavelengths. A lunghezze d'onda essenzialmente più lunghe, Lo scattering di Rayleigh sarebbe più debole, ma inizierebbe l'assorbimento infrarosso della silice.

In linea di principio, sarebbe possibile utilizzare fibre del medio infrarosso costituite da altri vetri (per esempio., fibre di fluoro) con perdite ancora minori, ma in pratica le fibre di silice hanno già prestazioni ottimali.

La maggior parte della luce diffusa da Rayleigh in una fibra ottica esce dalla fibra lateralmente. Solo una piccola parte della luce diffusa viene riflessa indietro e quindi nuovamente guidata nel nucleo della fibra. Di conseguenza, la perdita di ritorno dei dispositivi in fibra ottica è generalmente elevata. La perdita di rendimento totale di fibra ottica dispositivi è solitamente causato da riflessioni sulle interfacce come le estremità delle fibre, giunzioni meccaniche o connettori in fibra.

A causa dell'elevata intensità luminosa che spesso si verifica nelle fibre ottiche, nonlinear scattering processes such as Raman scattering and Brillouin scattering may also occur. Rayleigh scattering as a linear process is also important at low light intensities.