การกระเจิงของเรย์ลีห์คืออะไร?

การกระเจิงของเรย์ลีห์เป็นปรากฏการณ์ทางแสงทั่วไปที่ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ลอร์ด เรย์ลีห์. เป็นการกระเจิงของแสงเชิงเส้นที่จุดศูนย์กลางการกระเจิงซึ่งมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงมาก. ในกรณีนี้, การกระเจิงเป็นสัดส่วนกับแอมพลิจูดของแอมพลิจูดที่โผล่ออกมาตรงกลาง, โดยมีเงื่อนไขว่าความยาวคลื่นผกผันเกิดขึ้นกับกำลังที่สี่ และ ถึง 1 + คอส 2 ฉัน, โดยที่ θ คือมุมการกระเจิง. การกระจัดกระจายไปข้างหน้าและข้างหลัง (θ = 0 และ θ = π, ตามลำดับ) มีความเข้มข้นเท่ากัน.

ระบบวัดอุณหภูมิใยแก้วนำแสงแบบกระจาย

การกระเจิงของเรย์ลีและการกระเจิงของมิเอะสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีการกระเจิงของมิเอะ (ตั้งชื่อตามกุสตาฟ มี) สำหรับศูนย์ขนาดใหญ่. ที่นี่, คุณสมบัติต่างกัน. ตัวอย่างเช่น, เพื่อกระจายไปข้างหน้า, แอมพลิจูดของการกระเจิงจะแรงกว่าและมีการขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน.

จุดศูนย์กลางการกระเจิงสำหรับการกระเจิงแบบเรย์ลีห์สามารถเป็นอะตอมหรือโมเลกุลเดี่ยวๆ ได้. อย่างไรก็ตาม, เราสามารถอธิบายการกระเจิงของเรย์ลีห์ในชั้นบรรยากาศได้, ตัวอย่างเช่น, ไปจนถึงความผันผวนของความหนาแน่นระดับจุลภาค, ซึ่งเกิดจากการสุ่มกระจายของโมเลกุลในอากาศ.

โปรดทราบว่าสำหรับการกระเจิงที่หลายอนุภาคหรือจุดศูนย์กลางการกระเจิง, ไม่มีใครสามารถรวมพลังที่กระจัดกระจายโดยศูนย์กลางแต่ละแห่งเข้าด้วยกันได้เนื่องจากผลกระทบจากการรบกวน: ต้องเพิ่มแอมพลิจูด. ส่งผลให้, การกระเจิงของแสงแบบ Rayleigh ไม่ได้เกิดขึ้นในผลึกที่บริสุทธิ์และสม่ำเสมออย่างสมบูรณ์แบบ. นอกจากนี้, การกระเจิงของเรย์ลีห์ในอากาศเกิดขึ้นได้เนื่องจากความผันผวนของความหนาแน่นแบบสุ่มที่อธิบายไว้ข้างต้นเท่านั้น.

สูตรสำหรับหลักการของการกระเจิงแบบเรย์ลีห์

ในวัสดุเชิงแสงอสัณฐาน เช่น แก้วควอทซ์, ความผันผวนของความหนาแน่นแบบสุ่มมักเกิดขึ้นเนื่องจากโครงสร้างจุลภาคที่ผิดปกติ. พวกมันจะแข็งแกร่งกว่าปกติมากที่อุณหภูมิห้อง เนื่องจากความผันผวนของความหนาแน่นที่เกิดขึ้นในเส้นใยใกล้กับอุณหภูมิการทำให้กระจกอ่อนลงนั้น "แข็งตัว" ในระหว่างกระบวนการผลิตไฟเบอร์.

การกระเจิงของ Rayleigh กำหนดขีดจำกัดล่างของการสูญเสียการแพร่กระจายในเส้นใยนำแสง. แน่นอน, การสูญเสียอื่น ๆ ก็สามารถส่งผลได้เช่นกัน, เช่น. เนื่องจากอินเทอร์เฟซหลัก/หุ้มไม่สม่ำเสมอ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับคอนทราสต์ของดัชนีการหักเหของแสงสูง), การกระจายและการดูดซับสิ่งสกปรกและมาโคร- และการดัดแบบไมโคร. เส้นใยควอตซ์ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการสื่อสารใยแก้วนำแสงระยะไกลมีการสูญเสียการแพร่กระจายต่ำมาก, ใกล้ถึงขีดจำกัดที่กำหนดโดยการกระเจิงของเรย์ลีห์. สำหรับความยาวคลื่นที่ต่ำกว่าขอบเขต 1.5 ไมโครเมตรที่ใช้บ่อยอย่างมาก, การกระเจิงของเรย์ลีเพียงอย่างเดียวจะสูงกว่าการสูญเสียเส้นใยเหล่านี้จริงที่ความยาวคลื่น 1.5 ไมโครเมตร. ที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าโดยพื้นฐานแล้ว, การกระเจิงของเรย์ลีห์จะอ่อนลง, แต่การดูดซึมอินฟราเรดของซิลิกาจะเริ่มขึ้น.

โดยหลักการแล้ว, อาจเป็นไปได้ที่จะใช้เส้นใยอินฟราเรดระดับกลางที่ทำจากกระจกชนิดอื่น (เช่น, เส้นใยฟลูออไรด์) พร้อมความสูญเสียที่น้อยกว่าอีกด้วย, แต่ในทางปฏิบัติแล้ว เส้นใยซิลิกามีประสิทธิภาพสูงสุดอยู่แล้ว.

แสงที่กระจัดกระจายของ Rayleigh ในไฟเบอร์ออปติกส่วนใหญ่ออกมาจากไฟเบอร์จากด้านข้าง. แสงที่กระจัดกระจายเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้นที่ถูกกระเจิงกลับไปและนำทางอีกครั้งในแกนไฟเบอร์. ส่งผลให้, การสูญเสียผลตอบแทนของอุปกรณ์ใยแก้วนำแสงมักจะสูง. การสูญเสียผลตอบแทนรวมของ ใยแก้วนำแสง อุปกรณ์มักเกิดจากการสะท้อนที่อินเทอร์เฟซ เช่น ปลายไฟเบอร์, ประกบเชิงกลหรือตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์.

เนื่องจากมีความเข้มของแสงสูงซึ่งมักเกิดขึ้นในเส้นใยนำแสง, กระบวนการกระเจิงแบบไม่เชิงเส้น เช่น การกระเจิงแบบรามาน และการกระเจิงแบบบริลลูอินก็อาจเกิดขึ้นได้เช่นกัน. การกระเจิงของเรย์ลีเป็นกระบวนการเชิงเส้นก็มีความสำคัญเช่นกันที่ความเข้มแสงน้อย.

เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก, ระบบตรวจสอบอัจฉริยะ, จำหน่ายผู้ผลิตใยแก้วนำแสงในประเทศจีน