Rayleigh Scattering (Hamburan Rayleigh): Penyebaran Cahaya & Kehilangannya
Lord Rayleigh (12 November 1842) penemu rayleigh scattering. Kita mengenal fenomena cahaya yaitu refleksi dan refraksi. Partikel-partikel yang ada di atmosfer disebut hamburan karena ketika cahaya masuk ke atmosfer maka partikel tersebut akan tersebar menjadi cahaya.
Fenomena refraksi ini bisa disebut sebagai hamburan cahaya. Ada dua jenis penyebaran seperti elastis dan non-elastis. Rayleigh, Mie, dan hamburan non-selektif adalah hamburan elastis dan Brillou, Raman, In-elastic X-ray, Compton adalah hamburan elastis. Dalam artikel ini, salah satu jenis hamburan elastis yaitu Rayleigh akan dibahas secara singkat.
Apa itu Hamburan Rayleigh?
Definisi: Rayleigh adalah hamburan molekul oleh gas di atmosfer bumi. Kekuatan penyebaran tergantung pada panjang gelombang cahaya dan juga pada ukuran partikel. Karena variasi komposisi, rayleigh atau hamburan linier disebabkan.
Hamburan Cahaya
Kita telah melewati beberapa fenomena indah dalam kehidupan kita sehari-hari, seperti warna langit yang biru, warna air di laut dalam, kemerahan matahari saat matahari terbit dan terbenam, dll.
Saat seberkas cahaya menyinari atom itu menyebabkan elektron di atom bergetar. Elektron yang bergetar, pada gilirannya, memancarkan kembali cahaya ke segala arah dan proses ini disebut hamburan.
Atmosfer bumi mengandung molekul udara dan partikel kecil lainnya ketika cahaya dari matahari melewati atmosfer, ia dihamburkan oleh sejumlah besar partikel di atmosfer.
Menurut Hukum hamburan Rayleigh (RSL - Rayleigh Scattering Law), intensitas cahaya hamburan bervariasi secara terbalik sebagai bagian keempat dari panjang gelombang ketinggian (1/h4).
Dibandingkan dengan panjang gelombang yang lebih panjang, panjang gelombang yang lebih pendek tersebar lebih banyak. Diagram hamburan linier ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Menurut RSL, cahaya warna biru lebih tersebar daripada cahaya merah karena, untuk alasan ini, langit tampak biru. Saat matahari terbit dan terbenam sinar matahari melintasi sebagian besar atmosfer. Oleh karena itu, sebagian besar cahaya biru tersebar dan hanya cahaya merah yang mencapai pengamat. Karenanya matahari tampak merah saat matahari terbit dan terbenam.
Dalam kasus hamburan cahaya, hampir semua cahaya hamburan diamati pada frekuensi yang sama dengan radiasi insiden. Fenomena ini disebut elastis atau rayleigh atau hamburan linier, namun, dokter besar India Dr. C.V. Raman mengamati bahwa hamburan cahaya memiliki frekuensi diskrit di atas dan di bawah frekuensi kejadian pada tahun 1928. Aplikasi rayleigh atau tipe linier adalah lidar (deteksi cahaya dan jangkauan), radar cuaca, dll.
Kehilangan Hamburan Rayleigh
Kehilangan hamburan ada pada serat optik karena variasi mikroskopis dalam kerapatan material dan komposisi. Karena kaca terdiri dari jaringan yang terhubung secara acak pada molekul dan beberapa oksida seperti silikon oksida, GeO2, dll. Ini adalah penggunaan utama dari fluktuasi struktur komposisi, kedua efek ini menghasilkan variasi dalam jenis hamburan cahaya bias dan rayleigh.
Hamburan cahaya karena perubahan lokal kecil dalam indeks bias inti dan bahan kelongsong. Ini adalah dua penyebab selama pembuatan serat. Yang pertama adalah karena sedikit fluktuasi dalam pencampuran bahan dan penyebab lainnya adalah sedikit perubahan dalam kepadatan saat bahan mengeras.
Gambar di bawah ini menunjukkan secara grafis hubungan antara panjang gelombang dan hilangnya hamburan rayleigh.
Ketika sinar cahaya mengenai zona tersebut, ia akan tersebar ke segala arah, kehilangan hamburan untuk kaca komponen tunggal diberikan oleh
Αscat = 8π3 / 3λ4 (n2 - 1)2 KB Tf BT
Dimana
n = Indeks bias
Berdasarkan parameter ukuran tak berdimensi, hamburan cahaya dibagi menjadi tiga domain dan didefinisikan sebagai
L = πDp / λ
Dimana
Dp = Keliling suatu partikel
λ = Insiden radiasi panjang gelombang
Rayleigh sebanding dengan dan P(r), A(r), dan r. Ekspresi matematika diberikan oleh
α = αR + αIM + αOH + αIR + αUV + αIM
Dimana
αR = RSL
αIM = kehilangan ketidaksempurnaan
αOH = Kehilangan absorpsi
αIR = Kehilangan penyerapan inframerah
αUV = Kehilangan penyerapan ultraviolet
αIM = Kehilangan penyerapan kotoran lainnya
Sebuah αIR (kehilangan penyerapan inframerah) secara matematis dinyatakan sebagai
αIR = C exp (-D/λ)
Di mana 'C' adalah koefisien dan D tergantung pada bahan
Kehilangan sebanding dengan λ4 dan dengan P(r), A(r), dan r. Ekspresi matematika diberikan sebagai
αR = 1/λ4 ∫0+∞ A(r) P(r)rdr / ∫0+∞ P(r)rdr
Dimana
A(r) = Koefisien hamburan linier
P(r) = Perambatan intensitas cahaya
'r' = Jarak radial
Ini adalah teori kehilangan hamburan linier.
Perbedaan antara hamburan Rayleigh dan Mie
Perbedaan antara keduanya dibahas di bawah ini.
|
S.NO |
Hamburan Rayleigh atau Linear |
Hamburan Mie |
|
1 |
Dalam Rayleigh atau hamburan linier, ukuran partikel lebih kecil dari panjang gelombang |
Dalam hamburan Mie, ukuran partikel lebih besar dari panjang gelombang |
|
|
Ketergantungan pada panjang gelombang kuat dalam hamburan ini |
Ketergantungan pada panjang gelombang lemah dalam hamburan mie |
|
|
Ini adalah hamburan linier |
Ini juga merupakan hamburan linier |
|
|
Jenis partikel dalam hamburan ini adalah molekul udara |
Jenis partikel dalam hamburan Mie adalah asap, bau, dan kabut asap |
|
|
Diameter partikel molekul udara adalah 0.0001 hingga 0.001 mikrometer dan fenomena molekul udara adalah langit biru dan matahari terbenam merah. |
Diameter partikel aerosol pada hamburan Mie yaitu 0.01 – 1.0 mikrometer dan fenomena aerosol (polutan) adalah kabut asap kecoklatan. |
Hamburan Rayleigh dalam Serat Optik
Serat optik tipis, fleksibel, dan transparan dari kaca silika murni secara optik dan plastik. Serat optik lebih cepat, tahan terhadap interferensi elektromagnetik, tidak dapat terbakar dan kehilangan sinyal lebih sedikit.
Ketika seberkas cahaya yang membawa sinyal bergerak dari serat optik, maka kekuatan cahayanya menjadi lebih rendah, kehilangan daya cahaya ini umumnya disebut atenuasi. Atenuasi harus menjadi prioritas utama bagi banyak teknisi untuk mempertimbangkan pemilihan dan penanganan serat optik.
Hampir semua benda menyebarkan cahaya, itu berarti pantulan cahaya yang menerangi mereka ke segala arah. Rayleigh atau hamburan linier disebabkan oleh interferensi dengan partikel yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya.
Cahaya yang bergerak melalui serat berinteraksi dengan partikel dan kemudian tersebar ke segala arah, menyebabkan hilangnya energi dan pelemahan (atenuasi) selama transmisi data. Ini adalah teori Rayleigh atau hamburan linier pada serat optik.
Pertanyaan
1). Apa yang menyebabkan hamburan linier atau Rayleigh?
Penyebab hamburan linier atau rayleigh adalah, hasil dari ketidakhomogenan pada cladding (kelongsong) dan core (inti). Kerapatan & variasi komposisi dan fluktuasi indeks bias merupakan masalah yang terjadi karena ketidakhomogenan tersebut.
2). Siapa yang menemukan hamburan Rayleigh?
John William Strut.
3). Apa perbedaan hamburan Mie dan Rayleigh?
Dalam Rayleigh atau hamburan linier, ukuran partikel hamburan lebih kecil dari panjang gelombang radiasi dan di hamburan Mie ukuran partikel hamburan dan panjang gelombang radiasi sama.
4). Apa tiga jenis hamburan?
Ketiga jenis hamburan tersebut adalah rayleigh, hamburan non-selektif, dan hamburan Mie.
5). Berapa rasio Rayleigh?
Rasio rayleigh merupakan salah satu parameter yang digunakan untuk pengukuran hamburan cahaya.
Pada artikel ini, tinjauan umum tentang Hamburan Rayleigh atau hamburan linier, hamburan cahaya, kehilangan hamburan, dan perbedaan antara hamburan Mie dan Rayleigh dibahas.