ما هو تشتت رايلي: تشتت الضوء وفقدانه

تم اكتشاف اللورد رايلي (12 نوفمبر 1842) تشتت رايلي. نحن نعرف ظاهرة الضوء أي الانعكاس والانكسار . تسمى الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي بالانتثار لأنه عندما يدخل الضوء في الغلاف الجوي ، فإن هذه الجسيمات ستنتشر في الأضواء. يمكن تسمية ظاهرة الانكسار هذه بأنها تشتت الضوء. هناك نوعان من التشتت مثل المرونة وغير المرنة. تشتت rayleigh و Mie وغير الانتقائي هي تشتت مرن و Brillou ، Raman ، الأشعة السينية غير المرنة ، كومبتون هي التبعثر غير المرن. في هذه المقالة ، تمت مناقشة نوع واحد من التشتت المرن وهو Rayleigh باختصار.

ما هو تشتت رايلي؟

تعريف: رايلي هو تشتت الجزيئات بواسطة الغاز في الغلاف الجوي للأرض. تعتمد قوة التشتت على الطول الموجي للضوء وكذلك على حجم الجسيمات. بسبب الاختلافات التركيبية ، يحدث تشتت رايلي أو تشتت خطي.

تشتت الضوء

لقد عبرنا بعض الظواهر الرائعة في حياتنا اليومية ، مثل اللون الأزرق للسماء ، ولون المياه في أعماق البحار ، واحمرار الشمس عند شروق الشمس وغروبها ، وما إلى ذلك عندما يسقط شعاع من الضوء ذرة تجعل الإلكترون في الذرة يهتز. تقوم الإلكترونات المهتزة بدورها بإعادة إرسال الضوء في جميع الاتجاهات وتسمى هذه العملية بالانتثار.

يحتوي الغلاف الجوي للأرض على جزيئات الهواء وجزيئات صغيرة أخرى عندما يمر الضوء القادم من الشمس عبر الغلاف الجوي ، فيتشتت بسبب عدد كبير من الجزيئات في الغلاف الجوي. وفقًا لقانون تشتت رايلي (RSL) ، تختلف شدة تشتت الضوء عكسيًا حيث أن الجزء الرابع من الطول الموجي للارتفاع (1 / h⁴). بالمقارنة مع الأطوال الموجية الأطول ، فإن الأطوال الموجية الأقصر مبعثرة أكثر. يظهر مخطط الانتثار الخطي في الشكل أدناه.

نثر رايلي

وفقًا لـ RSL ، يتشتت ضوء اللون الأزرق أكثر من الضوء الأحمر لأنه ، لهذا السبب ، تظهر السماء باللون الأزرق. عند شروق الشمس وغروبها ، تنتقل أشعة الشمس جزءًا كبيرًا من الغلاف الجوي. لذلك ، يتشتت معظم الضوء الأزرق بعيدًا ويصل الضوء الأحمر فقط إلى الراصد. ومن هنا تظهر الشمس حمراء عند ضوء الشمس وغروبها.

في حالة تشتت الضوء ، يتم ملاحظة كل الضوء المنتثر تقريبًا على نفس تردد الإشعاع الساقط. تسمى هذه الظاهرة بالانتثار المرن أو الشعاعي أو الانتثار الخطي ، ومع ذلك ، لاحظ الطبيب الهندي العظيم الدكتور سي في رامان أن تشتت الضوء له ترددات منفصلة أعلى وتحت تردد الحادث في عام 1928. تطبيقات رايلي أو النوع الخطي هي للتعامل (الكشف عن الضوء وتحديد المدى) ورادار الطقس وما إلى ذلك.

خسائر نثر رايلي

توجد خسائر التشتت في الألياف الضوئية بسبب الاختلاف المجهري في كثافة المادة والتركيب. حيث أن الزجاج يتكون من شبكات متصلة بشكل عشوائي عند الجزيئات والعديد من الأكاسيد مثل أكسيد السيليكون ، GeO_اثنينهذه هي الاستخدامات الرئيسية لتقلب بنية التركيبة ، وينتج عن هذين التأثيرين تباين في الانكسار ونوع رايلي من تشتت الضوء.

تشتت الأضواء بسبب التغيرات الموضعية الصغيرة في معامل الانكسار للمادة الأساسية والكسوة. هذان هما السببان أثناء تصنيع الألياف. الأول يرجع إلى التقلب الطفيف في خلط المكونات والسبب الآخر هو تغيير طفيف في الكثافة مع تصلب المادة. يوضح الشكل أدناه بيانياً العلاقة بين الطول الموجي وفقدان تشتت رايلي.

نثر الخسائر

عندما يضرب شعاع الضوء مثل هذه المناطق ، فإنه ينتشر في جميع الاتجاهات ، ويعطي فقدان الانتثار للزجاج المكون الواحد بواسطة

أ_طرد= 8π³/ 3λ⁴(ن^اثنين- 1)^اثنينإلى_بتي_Fب_تي

حيث n = معامل الانكسار

إلى_ب= ثابت بولتزمان

ب_تي= انضغاطية متساوية الحرارة

تي_F= درجة حرارة الاحتكاك
بناءً على معلمة الحجم بدون أبعاد ، يتم تقسيم تشتت الضوء إلى ثلاثة مجالات ويتم تعريفه على أنه

أ = πDp / λ

حيث Dp = محيط الجسيم

λ = إشعاع الطول الموجي الحادث

يتناسب Rayleigh مع P (r) و A (r) و r. يتم إعطاء التعبير الرياضي بواسطة

α = α_ر+ α_{في ال}+ α_أوه+ α_IR+ α_{الأشعة فوق البنفسجية}+ α_{في ال}

أين α_ر= RSL

أ_{في ال}= فقدان النقص

أ_أوه= فقدان الامتصاص

أ_IR= فقدان امتصاص الأشعة تحت الحمراء

أ_{الأشعة فوق البنفسجية}= فقدان امتصاص الأشعة فوق البنفسجية

أ_{في ال}= فقدان امتصاص الشوائب الأخرى

α_IR(فقدان امتصاص الأشعة تحت الحمراء) يتم التعبير عنه رياضيًا كـ

أ_IR= C exp (-D / λ)

حيث 'C' هو المعامل و D تعتمد على المواد

الخسارة تتناسب مع λ⁴وإلى P (r) و A (r) و r. يتم إعطاء التعبير الرياضي بواسطة

أ_ر= 1 /⁴∫₀^{+ ∞}A (r) P (r) rdr /₀^{+ ∞}P (r) rdr

حيث A (r) = معامل الانتثار الخطي

P (r) = انتشار شدة الضوء

'r' = المسافة الشعاعية

هذه هي نظرية خسارة الانتثار الخطي.

الفرق بين تشتت رايلي ومي

يتم مناقشة الفرق بين هذين أدناه.

تشتت رايلي في الألياف الضوئية

ال الألياف البصرية رقيقة ومرنة وشفافة من زجاج وبلاستيك السيليكا النقي بصريًا. الألياف الضوئية أسرع ، ومقاومة للتداخل الكهرومغناطيسي ، ولا يمكن اشتعالها ، كما أن فقدان الإشارة أقل. عندما ينتقل شعاع من الضوء الذي يحمل إشارات من الألياف الضوئية ، تصبح قوة الضوء أقل ، ويطلق على فقدان طاقة الضوء هذا عمومًا التوهين. يجب أن يكون التخفيف أولوية قصوى للعديد من المهندسين للنظر في اختيار الألياف البصرية والتعامل معها.

تشتت جميع الكائنات الأضواء ، وهذا يعني الضوء المنعكس الذي ينيرها في كل الاتجاهات. ينتج تشتت الشعاع أو الانتثار الخطي عن التداخل مع جسيمات أصغر من الطول الموجي للضوء. ينتقل الضوء عبر الألياف ويتفاعل مع الجسيمات ثم ينتشر في جميع الاتجاهات ، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة والتوهين أثناء نقل البيانات. هذه هي نظرية رايلي أو التشتت الخطي في الألياف الضوئية.

أسئلة وأجوبة

1). ما الذي يسبب تشتت رايلي أو تشتت خطي؟

أسباب تشتت رايلي أو تشتت الخطي هي أنها ناتجة عن عدم التجانس في الكسوة واللب. تعد الكثافة والتغيرات التركيبية والتذبذب في معامل الانكسار من المشكلات التي تحدث بسبب عدم التجانس.

2). من اكتشف تشتت رايلي؟

تم اكتشاف جون ويليام ستروت.

3). ما هو الفرق بين تشتت رايلي ومي؟

في انتثار رايلي أو الانتثار الخطي ، يكون حجم جسيمات التشتت أصغر من الطول الموجي للإشعاع ، وفي تشتت مي ، يكون حجم جسيمات التشتت وطول موجة الإشعاع هو نفسه.

4). ما هي الأنواع الثلاثة للتشتت؟

الأنواع الثلاثة من التشتت هي تشتت رايلي ، وتشتت غير انتقائي ، وتشتت مي.

5). ما هي نسبة رايلي؟

نسبة رايلي هي إحدى المعلمات المستخدمة في قياسات تشتت الضوء.

في هذه المقالة ، نظرة عامة على نثر رايلي أو نثر خطي وتناثر الضوء وتشتت الخسائر والفرق بين تشتت رايلي وتشتت مي. هنا سؤال ما هي أسباب تشتت مي؟