[Section 2] 레일리 산란

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[Intro] 광학 미리보기

INTRO

 공기를 통과하는 빛은 전파함에 따라서 공기 분자를  진동시키게 되는데, 이때 빛의 재방출 현상이 나타난다. 공기 분자들의 크기에 따라서 재방출되는 빛의 파장이 달라지는 것을 레일리 산란이라고 부른다. 

레일리 산란(Rayleigh Scattering)

A. 하늘이 파란 이유

 앞서 소개했듯이, 전파하는 빛은 산란 현상을 보인다. 이때, 재방출된 빛의 주파수가 전파하는 빛 주파수와 동일하면 탄성적으로 산란된 빛이라고 한다. 분자들의 움직임이 랜덤 하므로 산란되는 빛 또한 거의 모든 방향으로 산란되는 것이다.

 

일반적으로 대기는 자외선 영역의 빛과 전기적으로 공명한다. 즉, 우리가 보는 가시광 영역에서의 레일리 산란은 지극히 일부분이며, 약한 공명이다. 하지만, 그 가시광 역역에서도 비교적 강한 공명을 일으키는 파장 대역이 바로 가시광의 파란색 파장 대역이다.  다른 파장 대역의 빛 또한 분명히 존재하지만, 사람의 눈은 빛의 평균적인 파장대역에 반응하게 되어 있기 때문에 우리가 하늘색을 파랗다고 인식하는 이유가 바로 그것이다.

B. 레일리 산란의 특징

산란을 일으키는 분자들의 크기가 빛의 파장보다 1/10이나 작은 경우, 레일리 산란이라고 부른다.

 

대기에서 산란된 빛의 강도는 파장의 4 제곱에 반비례한다.

 

레일리 산란

산란 빛의 성질

전파하는 빛이 물질을 통과할 때, 그 밀도에 따라서 산란의 방향 또한 그 정도가 달라지게 된다.

빛이 물질을 통과할 때 그 물질의 밀도가 더 커질수록, 수직적 방향으로 산란하는 빛이 커진다. 

따라서, 통과하는 물질의 그 밀도에 따라서 전파하는 빛과 수직 성분의 빛은 서로 간섭하게 된다.

만약 위상이 완전히 일치하게 되면, 두 빛은 서로 상쇄 간섭을 일으키게 된다.  

산란 현상 정리

A. 빛은 전파함에 따라서, 물질을 통과할 때 산란(Scattering) 현상이 발생한다

 

B. 물질의 크기가 그 빛의 파장보다 열 배 이상으로 작은 경우, 레일리 산란이라고 부른다.

 

C. 산란된 빛이 진행방향과 반대 방향으로 산란된 빛을 반사(Reflection)라고 부른다.

 

 

 

* 다음 강의는 광선의 반사와 굴절입니다.

[Section 2] 광선의 반사와 굴절