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粒子計測ゼミナール:光の基礎理論

光の散乱

まず光の基礎的な理論から説明を始めたいと思います。
当社の粒子径分布測定器に関連した光の基礎理論を大きく分けると次のものがあります。

  1. 散乱
  2. 回折
  3. 干渉
  4. 屈折と反射
  5. 吸収

2-1. 光の散乱

日機装の取り扱っている粒子径分布測定装置は、光の散乱現象を応用して、散乱光の強度と粒子の大きさとの関係から粒子径分布を測定する装置です。各々の装置の特長については後で説明する原理の部分にゆずり、ここではまず一般的な”散乱”という現象について説明します。

光の散乱というと、ある物質に光を当てた時に直進する光以外のすべてのものを含んでいわれる事があります。つまり、次の3つの現象の複合した結果となります。

  1. 回折
  2. 屈折
  3. 反射

各々の項に関しては個別にまた説明を加えていきますが、まずは散乱という現象を説明する理論についての説明を始めます。

光の散乱は、粒子の大きさと、粒子に当たった光の波長に非常に大きく関係します。各々の関係から、散乱を説明する理論としては、次のようなものがあります。

  • (1)粒子の大きさ D>>波長λ 幾何学的散乱
  • (2)粒子の大きさ D≒波長λ  ミーの散乱
  • (3)粒子の大きさ D<波長λ  レイリーの散乱

ミーの散乱において、光の波長に比べ粒子の大きさが十分に大きいとしたときには幾何学的散乱と、粒子の径を無限小としたときレイリー散乱と良い一致を示します。

各々の散乱について、順番に簡単に説明をしていきます。順番が逆ですが、レイリーの散乱から始めます。

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