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瑞利散射是什么

瑞利散射是一種常見的光學現象,以英國物理學家瑞利勛爵的名字命名。它是光在散射中心的線性散射,散射中心比光的波長小得多。在這種情況下,散射與振幅成比例的中嶄露頭角的振幅,提供給逆波長的四次冪發生,并且向1個+ COS?2??θ,其中θ為散射角。前向和后向散射(分別為θ??= 0θ??=??π)的強度相同。

瑞利散射和米氏散射可以通過Mie散射理論(以Gustav Mie命名)來描述較大中心的散射。在這里,特性是不同的。例如,對于前向散射,散射幅度更強,并且波長依賴性不同。

瑞利散射的散射中心可以是單個原子或分子。然而,人們還可以描述例如由于微觀密度波動而導致的大氣中瑞利散射,微觀密度波動是由空氣中分子的隨機分布引起的。

請注意,對于在多個粒子或散射中心的散射,不能簡單地將各個中心散射的功率相加,因為會產生干擾效應:必須添加振幅。結果,在完全純凈且規則的晶體中不會發生光的瑞利散射。而且,僅由于上述隨機密度波動,才可能在空氣中進行瑞利散射。

瑞利散射的原理公式

在諸如石英玻璃之類的非晶光學材料中,由于不規則的微觀結構,總是存在隨機的密度波動。它們甚至比通常在室溫下的強度要強得多,因為在纖維制造過程中,靠近玻璃軟化溫度的纖維發生的密度波動被“凍結”。

瑞利散射設置一個下限到傳播損耗在光纖。當然,例如由于不規則的纖芯?/?包層界面(特別是折射率對比度高),雜質的散射和吸收以及宏觀和微觀彎曲,也可能導致其他損失。?為長距離光纖通信而優化的石英纖維具有非常低的傳播損耗,接近瑞利散射給出的極限。對于實質上低于經常使用的1.5-μm區域的波長,僅瑞利散射會高于這些光纖在1.5μm波長下的實際損耗。在基本上更長的波長處,瑞利散射會更弱,但是二氧化硅的紅外吸收會開始。

原則上,可以使用其他玻璃制成的中紅外纖維(例如氟化物纖維),其損耗甚至更低,但實際上二氧化硅纖維已達到最佳性能。

光纖中的大多數瑞利散射光從側面射出光纖。只有一小部分散射光被散射回去,從而再次在纖維芯中被引導。因此,光纖設備的回波損耗通常很高。光纖設備的總回波損耗通常是由光纖末端,機械接頭或光纖連接器等接口處的反射引起的。

由于經常在光纖中發生的高光強度,也可能發生諸如拉曼散射和布里淵散射之類的非線性散射過程。作為線性過程的瑞利散射在低光強度下同樣重要。

關鍵詞:

光纖聯系

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