1. 산란 (Scattering)
ㅇ 파동이 입자와의 충돌로 인해 주변으로 흩어지는 현상
ㅇ (실제로, 산란은 여러 복합적 현상 임)
- 개구(Aperture)에서 `회절(Diffraction)`,`흡수(Absorption)`, 그리고
진동자(Oscillator)에 의한 `재방출` 모두를 포함하는 개념
ㅇ (거시적으로, 산란 현상은?)
- 마이크로 미터(㎛) 이하 크기의 산란에 대한 거시적 현상이, => 투과, 반사, 굴절 등임
2. 빛의 산란현상 종류
ㅇ 미 산란 (Mie)
- 입자 크기가 빛의 파장 보다 큼. 약 10 배 정도. (≒1㎛)
* Gustav Adolf Feodor Wihelm Ludwig Mie (1869~1957) : 독일 물리학자
- (例) 구름 등
. 구름 물방울의 크기가 다양하고 가시광선 영역의 모든 파장의 빛들이 전부 산란되어 합해져,
결국 하얗게 백색으로 보임
ㅇ 틴들 산란 (Tyndall)
- 입자 크기가 빛의 파장과 비슷. 약 1 λ 정도. (≒10 ㎛)
. 빛이 산란되어 광로(빛이 지나는 경로) 가 눈에 보임
.. 빛줄기 효과(light beam effect)를 만들어 주는 현상
* John Tyndall (1820~1893) : 아일랜드 물리학자
- (例) 햇빛이 비친 먼지 낀 방 안
. 창문 틈으로 들어오는 햇빛 속 먼지가 산란되어, 빛의 줄기가 눈에 보임
- (例) 탁한 물에 손전등 비추기
. 작은 입자(흙탕물, 우유 속 지방 입자 등 ☞ 콜로이드 참조)에서 산란되어, 빛의 경로가 보임
- (例) 큰 물방울
. 구름 속 작은 물방울 보다 커서, 이에 산란되어, 빛의 경로가 뿌옇게 드러남
ㅇ 레일리 산란 (Rayleigh)
- 입자 크기가 빛의 파장 보다 작음. 약 λ/15 보다 더 작음. (≒10 ㎚).
. 레일리 산란 세기는 진동수의 네 제곱에 비례함
.. 파장이 짧을수록 강하게 산란됨
* John William Strutt Rayleigh (1842~1919) : 영국의 물리학자
- (例) 하늘색
. 희박한 공기 및 작은 입자들에 의해 태양 빛이 산란되어,
.. 파장이 짧은 푸른 색이 강하게 산란되어, 하늘색이 파랗게 보임
. 일출,일몰시에는 태양 빛이 경사진 긴 경로를 따르므로,
.. 파장이 짧은 푸른색이 모두 산란 감쇠되고,
.. 파장이 긴 붉은색이 남아 붉게 보임
※ 산란 입자 크기에 따른, 개략적인 분류 : {# x = πD/λ #}
- (x : 크기 인자, π : 원주율, D : 산란 입자 지름, λ : 빛의 파장)
. 레일리 산란 : x ≪ 1
. 틴들 산란 : x ≒ π
. 미 산란 : 1 < x < 50
. 기하광학으로 설명 : x > 50
3. [참고사항]
ㅇ 입자 간 탄성충돌에서, 산란 현상 ☞ 탄성산란/비탄성산란 참조
ㅇ 광통신에서, 산란현상의 종류 ☞ 광통신 산란 참조
- 광섬유내를 도파하는 광선이 코어 내에서 직진하지 못하고, 사방으로 흩어져 버림
. 선형 산란 : 레일리히 산란
. 비선형 산란 : Ramman 산란(SRS), Brillouin 산란(SBS)
ㅇ 레이더에서, 산란현상의 정량화 ☞ 레이더 단면적(RCS) 참조