Рассеяние света

Рассеянием света называется процесс преобразования света веществом, сопровождающийся изменением направления распространения светаи 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 неодноролной среде.

Оптически однородной средой называют среду, в которой показатель преломления не зависит от координат и является постоянным по всему объему среды. Оптически неоднородной называют среду, показатель преломления которой не остается постоянным, а нерегулярно изменяется от точки к точке среды (за счет флуктуации плотности, присутствия в среде инородных малых частиц и т.п.). Вторичные волны, излучаемые оптическими электронами молекул среды при вынужденных колебаниях, не являются когерентными, благодаря чему наблюдается рассеяние света.

Примерами оптически неоднородных сред являются мутные среды - аэрозоли, дымы, туманы, взвеси, суспензии, коллоидные растворы и т.п., содержащие мелкие частицы, показатель преломления которых отличен от показателя преломления окружающей среды. В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность в направлении распространения убывает по закону

(6.39.5)

где – коэффициент экстинкции, – толщина слоя рассеивающей среды. Если рассеивающая среда поглощает свет, то

(6.39.6)

Рассеяние света в мутных средах с размерами неоднородностей не свыше (0,1 – 0,2) называют рэлеевским рассеянием или явлением Тиндаля. Интенсивность рассеянного света в этом случае обратно пропорциональна , где – длина волны (закон Рэлея).

Рассеяние света наблюдается также в оптически чистых средах, не содержащих каких-либо инородных частиц (например, в чистых газах). Оно обусловлено флуктуациями плотности, возникающими в процессе хаотического теплового движения молекул. Это явление называют молекулярным рассеянием. Сильным рассеянием коротких световых волн в атмосфере объясняется голубой цвет неба.

Флуктуации плотности в газе особенно велики в критической точке. Наблюдаемое при этом сильное молекулярное рассеяние называют критической опалесценцией.

6.5.5. Эффект Вавилова – Черенкова (Излучение Черенкова-Вавилова)

Согласно электромагнитной теории электрический заряд, движущийся без ускорения, не излучает электромагнитных волн. Но это справедливо лишь в том случае, если скорость заряженной частицы не превышает фазовую скорость электромагнитных волн в среде, в которой движется частица.

ИзлучениеЧеренкова – Вавилова возникает при равномерном движении заряда в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде (здесь – диэлектрическая проницаемость среды). Представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое движущейся частицей. Характерной особенностью излучения Черенкова – Вавилова является то, что оно испускается не по всем направлениям, а лишь вдоль образующих конуса, ось которого совпадает с направлением движения частицы. Угол между направлением распространения излучения и вектором скорости частицы определяется соотношением: