Was sagt uns die Rayleigh-Phasenfunktion?

Ich bin mir nicht sicher, warum das Wort "Phase" im Namen dieser Funktion steht. Die Intensität des von Rayleigh-Partikeln gestreuten unpolarisierten Lichts als Funktion des Detektorwinkels$\theta$ist proportional zu dieser Funktion. Kolloidwissenschaftler nennen diese Messung „statische Lichtstreuung“, aber Atmosphärenwissenschaftler und andere haben möglicherweise andere Namen dafür.

Sie können sich eine gewisse physikalische Intuition für diese Funktion verschaffen, indem Sie sich eine EM-Welle vorstellen, die mit einem Punktstreuer interagiert. Stellen Sie sich vor, Sie schwenken einen Detektor in einem Kreis mit einem Radius$R$auf den Streuer zentriert, so dass das einfallende Licht in der Ebene dieses Kreises liegt. Platzieren Sie dann einen Analysator (Polarisator) vor dem Detektor, sodass Sie nur entweder vertikal oder horizontal polarisiertes Licht erkennen. Wenn das einfallende Licht vertikal polarisiert ist, dh die Polarisation senkrecht zur Kreisebene ist, ist die Amplitude (und Intensität) des gestreuten Lichts isotrop. Wenn das Licht horizontal polarisiert ist, dh (Polarisation in der Ebene des Kreises), hängt die detektierte Intensität vom Detektionswinkel ab.

Konvention ist anzurufen$\theta=0$Grad der Winkel des vorwärts gestreuten (auch ungestreuten) Lichts. Dieser Weg,$\theta=180$ist der Winkel, in dem wir zurückgestreutes Licht erkennen, und$\theta=90$Und$\theta=270$liegen jeweils genau zwischen diesen beiden "Polen". Stellen Sie sich horizontal polarisierte Strahlung vor, die mit unserem Punktstreuer interagiert. Diese Polarisation führt zu maximaler Streuintensität bei$\theta=0$Und$\theta=180$, und Minimum von null gestreuter Intensität bei$\theta=90$(Und$\theta=270$). Davon können Sie sich mit der rechten Regel und den Punktprodukten überzeugen.

Lassen Sie Ihre Finger in Richtung der Polarisation zeigen und Ihren Daumen hinein$\hat{k}$, die Richtung, in der sich das gestreute Photon ausbreitet. Sie können Ihren Daumen in eine beliebige Richtung um den Kreis herum zeigen lassen; Stellen Sie sich vor, Ihr Daumen zeigt auf den Detektor, damit er bestimmt, welcher$\theta$du analysierst. Befinden sich Ihre Finger in der Kreisebene, sehen Sie horizontal polarisiertes Licht. Versuchen Sie, Ihre Finger in die Ebene zu legen und zeigen Sie mit dem Daumen darauf$\theta=90$. Sie sollten feststellen, dass Ihre Finger in eine Richtung zeigen, die orthogonal zur horizontalen Polarisation des einfallenden Lichts ist, was bedeutet, dass kein solches Licht in diese Richtung gestreut wird. Der$cos^2(\theta)$Begriff charakterisiert diese Winkelabhängigkeit der horizontalen Polarisation, und die$1$Der Begriff gibt die Isotropie der vertikal polarisierten Strahlung an. Diese müssen wir für unpolarisiertes einfallendes Licht addieren.

Diese allgemeine Abhängigkeit gilt für verdünnte Lösungen von Rayleigh-Streuern oder Gasen.

Die Intensitätsmessung erfolgt durch Zählen einer großen Anzahl von Photonen bei jedem Winkel. Die Funktion stammt aus der klassischen Optik/Elektromagnetismus. Ich vermute, es könnte auch von einer quantenmechanischen (QM) Behandlung von Photonen abgeleitet werden. QM ist möglicherweise besser geeignet, um die "Winkel, in denen die Streuung wahrscheinlicher auftritt", wie Sie es ausdrücken, zu bestimmen, da wir das klassische Bild als rein deterministisch betrachten.