Définition: La diffusion de Rayleigh est le phénomène de diffusion des particules lumineuses principalement par les molécules de gaz (parfois aussi par solide et liquide). Cette diffusion de la lumière a été remarquée pour la première fois par Lord Rayleigh en 1871 et ainsi nommé ainsi.
Fondamentalement, lorsque la lumière électromagnétique se propage à travers l’air, le mouvement des allers-retours des électrons à l’intérieur des molécules de moyenne (air) génère un champ électrique oscillant à l’intérieur.
Ainsi, lorsque les photons sont autorisés à transmettre à travers ces molécules, certains photons sont absorbés mais recommandés dans plusieurs directions par les molécules d’air. Ceci est connu comme Rayleigh dispersion.
La résistance de la diffusion dépend de la longueur d’onde de la lumière et de la taille des particules responsable de la diffusion.
Il est à noter que la diffusion ne se produit pas en raison de la collision, il est plutôt le résultat de l’interaction électromagnétique entre les photons et les particules du milieu.
L’apparition du ciel en couleur bleue est due à la diffusion de la lumière du soleil par l’atmosphère.
Nous savons que les particules légères frappent une molécule d’atmosphère pendant la propagation. Ensuite, le champ électromagnétique de la lumière incidente redistribue les charges moléculaires. Cela provoque la vibration des molécules et les charges commencent à osciller avec la fréquence de rayonnement.
Mais cette interaction modifie quelque peu la polarisation de la lumière incidente. Pour cette raison, une partie de l’énergie lumineuse est absorbée par les molécules de l’atmosphère. Cette énergie est ensuite réévaluée dans différentes directions qui conduit à provoquer la diffusion de la lumière, plus spécifiquement, appelée diffusion de Rayleigh.
Loi de diffusion de Rayleigh
La loi de diffusion de Rayleigh indique que la quantité de diffusion de la lumière est inversement proportionnelle au quatrième pouvoir de la longueur d’onde. Il est donné par:
Cela implique qu’en cas de longueur d’onde plus courte, la lumière est plus susceptible d’être diffusée par rapport à une longueur d’onde plus longue, en raison de la relation inverse entre les deux.
Nous savons que la longueur d’onde de la couleur bleue est inférieure à la couleur rouge. Ainsi, en raison de la longueur d’onde plus courte, la lumière bleue se disperse relativement plus que la lumière rouge. C’est la raison pour laquelle le ciel semble bleu au lieu d’une autre couleur.
Maintenant, la question se pose que dans Vibgyor, parmi toutes les couleurs, la longueur d’onde de la couleur violette est la moindre. Alors, pourquoi le ciel ne semble pas être violet?
Couleur bleue du ciel
Nous sommes conscients du fait que la longueur d’onde de la couleur violette est la plus courte. Et selon la loi de diffusion de Rayleigh, la lumière de la longueur d’onde la plus courte se disperse le plus. Pourtant, le Le ciel semble bleu mais pas violet.
Il en est ainsi parce que le spectre de la lumière émis par le soleil n’est pas uniforme pour toute longueur d’onde et est très absorbé par l’atmosphère. Produisant ainsi une vision de moins de violet dans le ciel. Même les yeux humains ne sont pas très sensibles à la couleur violette.
Il en est ainsi parce que la rétine dans les yeux humains est composée de 3 types de cônes ou de tiges de couleur. Ce sont rouges, verts et bleus. Et ces tiges ont tendance à répondre à ces lumière plus efficacement que toute autre couleur. En construisant diverses stimulations, le système de vision d’une personne lui permet de reconnaître diverses couleurs.
Ainsi, les cônes rouges et verts de notre rétine ne reconnaissent pas d’autres couleurs car celles-ci ne sont pas beaucoup dispersées. Cependant, les cônes bleus montrent une meilleure stimulation vers la couleur près de cette longueur d’onde particulière. Également en raison de la longueur d’onde plus courte, la couleur bleue possède une meilleure diffusion et nos yeux voient la couleur bleu clair du ciel.
Rayleigh diffusion en fibre optique
La diffusion de la lumière transmise à travers une fibre optique est le résultat d’inhomogénéités et de défauts de fibres au moment de la fabrication. Comme nous le savons, la fibre de verre est une composition de la connexion aléatoire des molécules.
Pour cette raison, certaines régions de la structure peuvent contenir une densité moléculaire élevée ou faible. Cela conduit à la variation de l’indice de réfraction du matériau à différents points à l’intérieur de la fibre.
Le variation de l’indice de réfraction conduit à la diffusion de Rayleigh de la lumière transmise.
Fondamentalement, la lumière plutôt absorbée est rayonnée dans différentes directions ainsi appelées diffusion de la lumière.