Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
V.8.4. РАССЕЯНИЕ СВЕТА
711
торых показатель поглощения a ^ 0. Sa пределами этих частот диэлектрики прозрачны (а = 0). Избирательным (іселективным) поглощением объясняется окраска многих минералов и растворов красителей.
4. РАССЕЯНИЕ СВЕТА
1°. Рассеянием света называют процесс преобразования света веществом, сопровождающийся изменением направления распространения света и проявляющийся как несобственное свечение вещества. Несобственное свечение вещества обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах, молекулах или ионах рассеивающей среды, возникающими под действием падающего света. Рассеяние света происходит при его распространении в оптически неоднородной среде.
2°. Оптически однородной называют среду, в которой показатель преломления не зависит от координат и является постоянным по всему объему среды. Под действием падающего света оптические электроны молекул среды совершают вынужденные колебания и излучают вторичные волны. Малые по сравнению с длиной волны X участки объема среды, содержащие, однако, еще достаточно большое число молекул, можно рассматривать как источники вторичных когерентных волн (рассеивающие центры). Вследствие равномерного распределения молекул оптически однородной среды по ее объему рассеяние света в такой среде отсутствует: для всех направлений, отличных от направления первичного пучка света, вторичные волны взаимно погашаются в результате их интерференции.
3°. Оптически неоднородной называют среду, показатель преломления которой не остается постоянным, а нерегулярно изменяется от точки к точке среды (например, за счет флуктуаций плотности, присутствия в среде инородных малых частиц и т. п.). Вторичные волны в этом случае имеют некогерентные составляющие, благодаря чему- наблюдается рассеяние света. Появление некогерентных вторичных волн связано с тем, что рассеяние света осуществляется на «некогерентных», т. е. не связанных друг с другом, неоднородностях, которые, кроме того, хаотически перемещаются в среде
712
V 8 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
вследствие теплового движения. Тем самым хаотически изменяются разности хода между вторичнымй волнами, излучаемыми отдельными неоднородностями. Примерами оптически неоднородных сред могут служить мутные среды — аэрозоли (дым, туман), эмульсии, коллоидные растворы и т. п., содержащие мелкие частицы, показатель преломления которых отличен от показателя преломления окружающей среды.
4°. Рассеяние света в мутных средах с размерами неоднородностей не свыше (0,1—0,2)А, где А — длина волны света, называют рэлеевским рассеянием или явлением Тиндаля. Если частицы мутной среды электрически изотропны и не поглощают свет, то при рэле-евском рассеянии естественного света интенсивность света, рассеиваемого единицей объема среды под углом 0 к направлению распространения падающего света,
Ie = a^I0(l + cos2 0),
A2A4
где V — объем одной частицы, N0 — концентрация частиц среды, R — расстояние от рассеивающего объема до точки наблюдения, А — длина волны света, I0 — интенсивность падающего света, а — коэффициент, зависящий от степени неоднородности мутной среды, т. е. от показателей преломления п VLti0 частиц и той среды, в которой они находятся (при п = п0 а = 0). Из этой формулы видно, что при прочих равных условиях интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна A4 (закон Рэлея). Поэтому при прохождении немонохроматического света через мелкодисперсную мутную среду в рассеянном свете преобладает коротковолновое излучение, а в проходящем — длинноволновое.
Зависимость интенсивности рассеянного света от угла рассеяния ф в случае рэлеевского рассеяния естественного света на электрически изотропных частицах имеет вид
1G = 1KM1 + cos20),
где InJ2 — интенсивность света, рассеянного под углом
0 = п/2.
V.8.4. РАССЕЯНИЕ СВЕТА
713
Зависимость Ie от 0, изображенную в сферических координатах, называют индикатрисой рассеяния. Индикатриса рэлеевского рассеяния изображена на рис. V.8.4. Она имеет вид поверхности вращения, симметричной как относитель* но направления падающего пучка света (0 = 0), так и относительно плоскости 0 = п/2, проходящей через начало координат — центр индикатрисы. Свет, рассеянный под углом 0 = п/2, полностью линейно поляризован — вектор E электрической напряженности поля рассеянного света перпендикулярен плоскости, проходящей через падающий и рассеянный лучи.
5°. Если линейные размеры неоднородностей сравнимы с длиной волны или больше ее, то зависимость интенсивности рассеянного света І от X становится более слабой: I ~ X p, гдер <- 4, и убывает с увеличением размеров неоднородностей. Благодаря интерференции света, рассеиваемого отдельными участками каждой неоднородности, 10 от угла 0 становится более сложной, чем при рэлеевском рассеянии. Индикатриса рассеяния имеет лишь одну ось симметрии, совпадающую с направлением падающего света. С увеличением размеров частиц рассеяние вперед (т. е. в область острых углов 0) все сильнее преобладает над рассеянием назад (т. е. в область тупых углов 0. Это явление называют эффектом Ми. Свет, рассеянный под углом 0 = л/2, поляризован лишь частично, причем степень его поляризации зависит от формы и размеров рассеивающих частиц.
