Co to jest rozpraszanie Rayleigha?

Rozpraszanie Rayleigha jest powszechnym zjawiskiem optycznym, nazwanym na cześć brytyjskiego fizyka Lorda Rayleigha. Jest to liniowe rozpraszanie światła w ośrodku rozpraszania znacznie mniejszym niż długość fali światła. W tym przypadku, rozproszenie jest proporcjonalne do amplitudy amplitudy środkowo-wschodzącej, pod warunkiem, że odwrotna długość fali występuje do czwartej potęgi i do 1 + SAŁATA 2 I, gdzie θ jest kątem rozproszenia. Rozpraszanie do przodu i do tyłu (θ = 0 i θ = π, odpowiednio) mają tę samą intensywność.

Rozproszony światłowodowy system pomiaru temperatury

Rozpraszanie Rayleigha i rozpraszanie Mie można opisać teorią rozpraszania Mie (nazwany na cześć Gustava Mie) dla większych ośrodków. Tutaj, właściwości są różne. Na przykład, do rozpraszania do przodu, amplituda rozpraszania jest silniejsza i ma inną zależność od długości fali.

Centra rozpraszania rozpraszania Rayleigha mogą być pojedynczymi atomami lub cząsteczkami. Jednakże, można również opisać rozpraszanie Rayleigha w atmosferze, Na przykład, na mikroskopijne wahania gęstości, które są spowodowane przypadkowym rozmieszczeniem cząsteczek w powietrzu.

Należy pamiętać, że w przypadku rozpraszania na wielu cząstkach lub centrach rozpraszania, nie można po prostu zsumować mocy rozproszonej przez poszczególne ośrodki ze względu na efekty interferencyjne: należy dodać amplitudy. W rezultacie, Rozpraszanie światła Rayleigha nie występuje w idealnie czystych i regularnych kryształach. Ponadto, Rozpraszanie Rayleigha w powietrzu jest możliwe jedynie dzięki opisanym powyżej losowym fluktuacjom gęstości.

Wzór na zasadę rozpraszania Rayleigha

W amorficznych materiałach optycznych, takich jak szkło kwarcowe, Przypadkowe wahania gęstości zawsze występują ze względu na nieregularną mikrostrukturę. Są nawet znacznie silniejsze niż zwykle w temperaturze pokojowej, ponieważ wahania gęstości występujące we włóknach w pobliżu temperatury mięknienia szkła zostają „zamrożone” podczas procesu wytwarzania włókna.

Rozpraszanie Rayleigha wyznacza dolną granicę strat propagacyjnych w światłowodach. Oczywiście, mogą wyniknąć także inne straty, np. z powodu nieregularnych styków rdzeń/płaszcz (szczególnie przy dużych kontrastach współczynnika załamania światła), rozpraszanie i wchłanianie zanieczyszczeń oraz makro- i mikrozginanie. Włókna kwarcowe zoptymalizowane do komunikacji światłowodowej na duże odległości mają bardzo niskie straty propagacyjne, blisko granicy określonej przez rozpraszanie Rayleigha. Dla długości fal znacznie poniżej często używanego obszaru 1,5 μm, Samo rozpraszanie Rayleigha będzie wyższe niż rzeczywista strata tych włókien przy długości fali 1,5 μm. Przy zasadniczo dłuższych falach, Rozpraszanie Rayleigha byłoby słabsze, ale rozpoczęłaby się absorpcja krzemionki w podczerwieni.

W zasadzie, możliwe byłoby zastosowanie włókien średniej podczerwieni wykonanych z innych szkieł (np., włókna fluorkowe) z jeszcze mniejszymi stratami, ale w praktyce włókna krzemionkowe mają już optymalną wydajność.

Większość światła rozproszonego Rayleigha w światłowodzie wychodzi z włókna z boku. Tylko niewielka część rozproszonego światła jest rozpraszana i ponownie prowadzona w rdzeniu światłowodu. W rezultacie, Strata odbiciowa urządzeń światłowodowych jest zwykle wysoka. Całkowita strata na powrocie światłowód urządzeń jest zwykle spowodowane odbiciami na interfejsach, takich jak końce światłowodów, złącza mechaniczne lub złącza światłowodowe.

Ze względu na duże natężenie światła, które często występuje w światłowodach, Mogą również wystąpić nieliniowe procesy rozpraszania, takie jak rozpraszanie Ramana i rozpraszanie Brillouina. Rozpraszanie Rayleigha jako proces liniowy jest również ważne przy niskim natężeniu światła.

Światłowodowy czujnik temperatury, Inteligentny system monitorowania, Producent rozproszonych światłowodów w Chinach