Рэлеевское рассеяние

Рэлеевское рассеяние — когерентное рассеяние света без изменения длины волны (называемое также упругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно меньше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика лорда Рэлея, установившего зависимость интенсивности рассеяного света от длины волны в 1871 году. В широком смысле так же применяется при описании рассеяния в волновых процессах различной природы.

Теория

При рэлеевском рассеянии внутреннее состояние рассеивающих частиц не изменяется. Можно рассматривать два предельных случая. Если длина волны меньше расстояния свободного пробега, то акты рассеяния на частицах можно считать независимыми. В противоположном случае, в рассеянии участвуют флуктуации в направлении молекул и в их плотности.

Модель взаимодействия с осциллятором

Для рассеивания на осцилляторе массы m, с зарядом q и собственной частотой ν₀ сечение рассеяния σ_R пропорционально четвёртой степени частоты рассеиваемого света ν:

$\sigma_R={8\pi\over 3} \left( {q^2\over{mc^2}} \right)^2 \left( {\nu\over{\nu_0}} \right)^4.$

Зависимость вывел британский физик Джон Рэлей в 1871 г.

Сечение σ_R зависит от угла рассеяния θ между направлениями падающей и рассеянной волн:

$d\sigma_R(\theta)={3\over 8} \sigma_R (1+\cos^2\theta) \sin\theta d\theta,$

рассеянная волна линейно поляризована вдоль направления, перпендикулярного плоскости, проходящей через направления распространения падающей и рассеянной волн. При рассеянии на сферических частицах (неоднородностях) степень поляризации p для неполяризованного падающего света равна:

$p={\sin^2\theta\over{1+\cos^2\theta}};$

для рассеяния на удлинённых частицах на степень поляризации влияет и их ориентация.

Спектральный состав

Релеевское рассеяние определяется как происходящее без существенного изменения частоты. Но тепловые флуктуации вносят изменение в спектральный состав, при чем в жидкостях уширение может достигать 150 см^-1.

Объяснение цвета неба

Отношение интенсивности рассеяния солнечного света атмосферой для различных длин волн

Рэлеевским рассеянием солнечного света на неоднородностях атмосферы (флуктуационные неоднородности плотности воздуха) объясняется голубой цвет неба и краски заката Солнца (селективное рассеяние).

Применение

Применяется в рефлектометрии.

См. также

• Рамановское рассеяние
• Рассеяние Мандельштама — Бриллюэна
• Томсоновское рассеяние
• Эффект Комптона
• Эффект Тиндаля
• Рассеяние Ми

Литература

• V. E. Ogluzdin (2010). «Bohr Correspondence Principle and Multiphoton Nature Raileigh Light Scattering». J. Mod. Phys. 1: 86–89. DOI:10.4236/jmp.2010.11012.

Ссылки

• Д. Клышко Рассеяние света. Электронная библиотека «Наука и техника». Архивировано из первоисточника 28 августа 2011. Проверено 16 марта 2011.
• А. В. Миронов Прецизионная фотометрия. Практические основы прецизионной фотометрии и спектрофотометрии звезд.