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粒子計測ゼミナール:光の基礎理論

レイリーの散乱(Rayleigh scattering)

レイリーの散乱(Rayleigh scattering)は主には0.05μmなどの波長と比べて非常に小さい粒子のときに議論されるもので、今回の原理説明集の中でこの散乱領域まで測定している例としてはナノトラックがあります。しかしながら共に根本原理の中に占めるこのレイリー散乱の役割は多少意味が異なる事から、ここではこのレイリー散乱の簡単な説明にとどめておきます。


レイリー散乱のモデル(図-5)のように考えると、この時の散乱光の分布は図-6の様な形となります。
ミーと共にこのレイリー散乱は光を電磁波として考え、マックスウェルの電磁波理論を基に展開されています。
入射光の瞬時的電磁場が粒子全体に渡ってほぼ均一で入射電磁場と同期して振動します。なぜ振動するかはここでは議論しませんのであしからず。


図-5 レイリー散乱の模式図

図-6 レイリー散乱の分布図 (散乱面は紙面に平行とする)

この時の散乱光の強度は次式で表されます。

(3-1式)R=散乱粒子からの距離、m=屈折率、I 0=入射光強度

レイリー散乱のもっとも一般的な例としては、青い空です。(3-1)式に示すようにこの式は1/λ4 に比例しています。つまり波長が大きいほど、この影響が大きい事を意味します。地球を由り巻く02、N2の分子により、このレイリー散乱が起こり、波長の短い青い光だけが強められた形になり、空が青く見えるという事です。

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