瑞利散射是一種常見的光學(xué)現(xiàn)象，以英國物理學(xué)家瑞利勛爵的名字命名。它是光在散射中心的線性散射，散射中心比光的波長小得多。在這種情況下，散射與振幅成比例的中嶄露頭角的振幅，提供給逆波長的四次冪發(fā)生，并且向1個(gè)+ COS²θ，其中θ為散射角。前向和后向散射（分別為θ=0和θ=π）的強(qiáng)度相同。

瑞利散射和米氏散射可以通過Mie散射理論（以Gustav Mie命名）來描述較大中心的散射。在這里，特性是不同的。例如，對于前向散射，散射幅度更強(qiáng)，并且波長依賴性不同。

瑞利散射的散射中心可以是單個(gè)原子或分子。然而，人們還可以描述例如由于微觀密度波動(dòng)而導(dǎo)致的大氣中瑞利散射，微觀密度波動(dòng)是由空氣中分子的隨機(jī)分布引起的。

請注意，對于在多個(gè)粒子或散射中心的散射，不能簡單地將各個(gè)中心散射的功率相加，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生干擾效應(yīng)：必須添加振幅。結(jié)果，在完全純凈且規(guī)則的晶體中不會(huì)發(fā)生光的瑞利散射。而且，僅由于上述隨機(jī)密度波動(dòng)，才可能在空氣中進(jìn)行瑞利散射。

瑞利散射的原理公式

在諸如石英玻璃之類的非晶光學(xué)材料中，由于不規(guī)則的微觀結(jié)構(gòu)，總是存在隨機(jī)的密度波動(dòng)。它們甚至比通常在室溫下的強(qiáng)度要強(qiáng)得多，因?yàn)樵诶w維制造過程中，靠近玻璃軟化溫度的纖維發(fā)生的密度波動(dòng)被“凍結(jié)”。

瑞利散射設(shè)置一個(gè)下限到傳播損耗在光纖。當(dāng)然，例如由于不規(guī)則的纖芯 / 包層界面（特別是折射率對比度高），雜質(zhì)的散射和吸收以及宏觀和微觀彎曲，也可能導(dǎo)致其他損失。 為長距離光纖通信而優(yōu)化的石英纖維具有非常低的傳播損耗，接近瑞利散射給出的極限。對于實(shí)質(zhì)上低于經(jīng)常使用的1.5-μm區(qū)域的波長，僅瑞利散射會(huì)高于這些光纖在1.5μm波長下的實(shí)際損耗。在基本上更長的波長處，瑞利散射會(huì)更弱，但是二氧化硅的紅外吸收會(huì)開始。

原則上，可以使用其他玻璃制成的中紅外纖維（例如氟化物纖維），其損耗甚至更低，但實(shí)際上二氧化硅纖維已達(dá)到最佳性能。

光纖中的大多數(shù)瑞利散射光從側(cè)面射出光纖。只有一小部分散射光被散射回去，從而再次在纖維芯中被引導(dǎo)。因此，光纖設(shè)備的回波損耗通常很高。光纖設(shè)備的總回波損耗通常是由光纖末端，機(jī)械接頭或光纖連接器等接口處的反射引起的。

由于經(jīng)常在光纖中發(fā)生的高光強(qiáng)度，也可能發(fā)生諸如拉曼散射和布里淵散射之類的非線性散射過程。作為線性過程的瑞利散射在低光強(qiáng)度下同樣重要。