Молекулалық оптика негіздері мен жарықтың шашырауы

Жарық дисперсиясының салдары ретінде ақ жарық шоғының призмадан ӛткен кездегі спектрге (жарық түрлеріне) жіктелуін қарастыруға болады. Осы спектрлерді зерттеу И.Ньютонға жарық дисперсиясын ашуға мүмкіндік берді. Берілген спектр аралығында мӛлдір зат үшін жарықтың сыну кӛрсеткіші жарық толқынының жиілігі артқан сайын (жарық толқын ұзындығы қысқарғанда) ӛсе береді. Спектр түрлерінің бӛлінуі осыған

сәйкес келеді. Осындай n-нің тәуелділігі (немесе n-нің -дағы), яғни тербеліс жиілігі азайғанда жарықтың сыну кӛрсеткішінің кемуі қалыпты дисперсия деп аталады.

Жарықтың жұтылу заңдары баяндалған жарық таралатын орта оптикаша біртекті орта деп саналған болатын. Нақтылы орта ондай болмайды, оның сыну кӛрсеткіші бір нүктеден екінші нүктеге кӛшкенде ӛзгеріп отырады, себебі ортада қоспа бӛгде бӛлшектер болады. Мысалы, газдың ішінде қатты зат бӛлшектері (түтін), су тамшылары (тұман), сұйық ішінде ұсақ қатты бӛлшектер (суспензия); бір сұйық ішінде екінші сұйық тамшылары (эмульсия) болулары мүмкін. Мұндай жағдайларда орта оптикаша біртекті бола алмайды. ондай орта «лайка» орта деп аталады. Жарық лайка ортада таралғанда орта ішіндегі бӛгде бӛлшектер жарықтың бастапқы таралу бағытын ӛзгертеді, біраз жарық басқа бағытта таралады, яғни жарық шашырайды. Осы себептен лайка ортада таралған жарық шоғы бүйірден қарағанда айқын кӛрінеді. мысалы, түнде прожектор жарығының кӛрінетіні осыдан.

Жарық лайка ортадан ӛткенде шашырау нәтижесінде жарық интенсивтілігі бастапқыдан гӛрі кемиді. Сонымен қатар, лайка ортада жарық жұтылады. Сӛйтіп жарық лайка ортадан ӛткенде оның интенсивтілігі шашырау және жұтылу нәтижесінде, тек жұтылғандағыдан гӛрі, кӛбірек кемиді. Жарық интенсивтілігінің осылай бәсеңдеуін мынадай формуламен ӛрнектеуге болады:

I  I 0 e d

(1)

Жарықтың лайка ортада шашырауын алғаш ағылшын физигі Тиндаль бақылап зерттеген. Сондықтан бұл құбылыс кейде Тиндаль-эффект деп те аталады.

Жарықтың шашырауы электрондық теория бойынша былай түсіндіріледі. Жарықты шашыратушы бӛлшектер құрамындағы электрондар жарық толқындарының электр ӛрісі әсерінен еріксіз тербеледі де олардан жан-жаққа жаңа ЭМ толқындар таралады, олардың фазаларының белгілі айырмасы болмайды, сондықтан ол толқындар барлық бағытта бірін-бірі күшейтеді. Сӛйтіп, жарық барлық жаққа таралады, яғни жарық шашырайды. Шашыраған жарық тербелістері жиілігі бастапқы жарықтыкіне тең болады, ӛйткені электрондар бастапқы жарық тербеліс жиілігіне тең жиілікпен тербеледі. ЭМ теория бойынша электр диполынан таралатын ЭМ толқын амплитудасы тербеліс жиілігі квадратына пропорционал, толқын интенсивтілігі тербеліс амплитудасы квадратына кері пропорционал. Олай болса жарық интенсивтілігі (I) тӛртке дәрежеленген жарық тербелісі

мұндағы  мен  -жарық тербеліс жиілігі мен толқынының ұзындығы. Бұл қатынасты теория жүзінде бірінші рет (1871 ж.) Релей тағайындаған, сондықтан бұл Релей заңы деп аталады. Бұл заң бӛлшек кӛлемі R<<  болғанда ғана дұрыс орындалады. Жарықтың осылайша шашырауы Релейше шашырау делінеді. Релей заңы бойынша ұзын толқынды сәулелерден гӛрі қысқа толқынды сәулелер күштірек шашырайды. Сондықтан лайка ортаға ақ жарық шоғы түскенде ӛткінші жарық қызғылт түсті, шашыраған жарық кӛгілдір түсті болады. Зерттеулер нәтижелеріне қарағанда лайка ортадан жазық поляризацияланған жарық, сондай-ақ табиғи жарық шоғы ӛткенде байқалатын шашыраған жарықта поляризацияланған болады. Табиғи жарық, мысалы Ох осі бағыты (1-сурет) бойынша таралса оның спектр ӛрісі кернеулігі уОz осіне параллель бағытта, яғни жарықтың бастапқы бағытына перпендикуляр бағытта (  900 ) бақылансын. Оу осіне параллель, басқаша айтқанда жарықтың абстапқы бағыты мен бақылау бағытынан ӛтетін жазықтыққа перпендикуляр болады. Ендеше бұл жағдайда шашыраған жарық толық поляризацияланған болады. Егер жарықтың бастапқы бағыты мен бақылау бағыты аралығындағы бұрыш 90⁰ -қа тең болмаса (  900 ), онда шашыраған жарық шала поляризацияланады.

Түрлі бағытта шашыраған жарық интенсивтілігі түрліше болады, бастапқы жарық поляризацияланбаған жарық болған жағдайда шашыраған жарық интенсивтілігінің шашырау бұрышына ( ) тәуелділігі былай ӛрнектеледі: