Fényszórás

Fényszórásról beszélünk, ha egy részecske a rá eső fény hatására időbeli késleltetés nélkül maga is fényt bocsát ki (szekunder sugárzás), a beeső fénytől (primer sugárzás) eltérő irányokban. Legegyszerűbb esetben a beeső fény a részecske töltésrendszerében kényszerrezgéseket hoz létre, melynek következtében a részecske (annak atomjai) a beeső fénnyel egyező frekvenciájú fényt bocsát ki. A fény szóródása az optikailag inhomogén közegen való áthaladáskor következik be.

Optikailag homogén az a közeg, amelyben a törésmutató független a helykoordinátáktól. A közeg a hullámhosszhoz képest kicsi térfogatelemeit, melyekben azért elegendően sok molekula található, úgy tekinthetjük, mint koherens szekunder hullámok forrásait. Az optikailag homogén közeg molekuláinak egyenletes eloszlása következtében nincs fényszórás: az elsődleges nyaláb irányától különböző minden más irányban a másodlagos hullámok interferenciájuk révén kioltják egymást.

Optikailag inhomogén az a közeg, amelynek törésmutatója pontról pontra változik (pl. sűrűségingadozás vagy a közegben található más fajtájú kis részecskék miatt). Ekkor a szekunder hullámoknak van nem koherens komponense is, és ezek miatt figyelhető meg a fényszórás. Az inkoherens szekunder fényhullámok megjelenése azzal kapcsolatos, hogy a fényt inkoherens, azaz egymással kapcsolatban nem álló inhomogenitások szórják. Ezek a hőmozgás miatt rendszertelen helyváltoztatásokat is végeznek a közegben.

Ha a fényt olyan közeg szórja, melyben a részecskék mérete a fény hullámhosszánál is lényegesen kisebb (< 0,2 λ), akkor a szekunder sugárzás fázisa közel megegyezik a primer sugárzáséval, azzal részben koherens. Az ilyen, diffúz eltérítést eredményező szórást Rayleigh-szórásnak nevezzük. A szórt fény intenzitásának szögeloszlását elektromosan izotrop, nem abszorbeáló közegben az alábbi függvénnyel írhatjuk le:

${\displaystyle I=I_{0}{\frac {1+cos^{2}\theta }{\lambda ^{4}}}}$

ahol

I a fényintenzitás

${\displaystyle \theta }$ a szögeltérés

${\displaystyle \lambda }$ a hullámhossz

A képletből látható a hullámhossztól való nagymértékű függés. Ez az oka például az ég kék színének. Itt ugyanis a Napból érkező sugarak közül a kék komponensek sokkal erősebben szóródnak, mint a vörös komponensek az eltérő hullámhosszuk miatt. A lemenő Nap esetében pedig a kék fénynek az eredeti iránytól való nagyobb mértékű kiszóródása miatt a vörös komponensek maradnak meg. A szórás következtében megváltozik a fény polarizációs állapota is.

A fényszórás megfigyelhető optikailag tiszta közegben is, azaz olyan közegben, melyek nem tartalmaznak idegen részecskéket. Ezt a jelenséget molekuláris fényszórásnak hívják. Ezt okozhatja pl. sűrűségingadozás, mely a molekulák rendezetlen hőmozgása következtében jön létre. Optikai inhomogenitást okozhat az elektromosan anizotrop molekulákból álló közegekben a molekulák irányítottságának fluktuációja, valódi oldatokban ezeken felül a koncentráció ingadozása is okozhat optikai inhomogenitást.

Források

• Erostyák János – Kozma László: Általános Fizika, III.kötet, Fénytan. (hely nélkül): Dialóg Kiadó. 2003. 181–183. o. ISBN 963-9123-75-7  
• Zimányi István: Miért? (Mindennapi és távolabbi világunk érdekességei és talányai). 2007. 109–112. o. ISBN 978-963-06-3185-3