Жарықтың шашырауы

Жарықтың шашырауы — оптикалық сәуле (жарық) ағынының затпен өзара әсерлесуі кезінде кейбір сипаттамаларының өзгеруі. Мұндай сипаттамаларға жарық қарқындылығының кеңістіктік таралуы, жиіліктік спектр, жарықтың полярлануы жатады. Көбінесе, Жарықтың шашырауы деп ортаның кеңістіктік біртексіздігінен болатын сол ортаның өзіндік емес (меншіксіз) жарқырауын айтады. Жарықтың шашырауын жүйелі түрде кванттық электрдинамикаға негізделген сәуленің затпен әсерлесуінің кванттық теориясы мен зат құрылысының кванттық көзқарасына сүйене отырып сипаттауға болады. Бұл теория бойынша, Жарықтың шашырауының әрбір жеке актісі зат бөлшегінің энергиясы , импульсі k және полярлануы болатын фотонды жұтуы, содан кейін энергиясы , импульсі k және полярлануы болатын фотонды шығаруы деп қарастырылады (мұндағы және — түскен және шашыраған сәуле жиіліктері, k және k — толқындық векторлар). Егер шыққан фотонның энергиясы жұтылған фотонның энергиясына тең болса , онда Жарықтың шашырауы рэлейлік шашырау немесе серпімді шашырау делінеді. Ал Жарықтың шашырауы болғанда, энергия сәуле мен заттың арасында бөлінеді де, ол серпімсіз шашырау деп аталады.
Жарықтың шашырауын, көп жағдайда, сәуленің толқындық теориясы негізінде сипаттау жеткілікті. Бұл теория тұрғысынан, түскен жарық толқыны орта бөлшектерінде электр зарядтарының еріксіз тербелістерін тудырады, ал олар екінші реттік жарық толқындарының көздері болып табылады.

Жарықтың оптикалық талшықта шашырауы

Жарықтың шашырауының кванттық жолмен де сипаттау

Жарықтың шашырауын классикалық жолмен де, кванттық жолмен де сипаттаудың сандық сипаттамасы шашыраудың дифференциалдық қимасы (d) болып есептеледі. Ол (d) денелік бұрыштың (d) кішкене элементінде шашыраған сәуле ағынының (dJ) түскен сәуле ағынының (J0) шамасына қатынасы ретінде анықталады: d=dJ/J0. Шашыраудың толық қимасы барлық бағыт бойынша (яғни d ішіндегі) d-лардың қосындысына тең (қиманың өлшемділігі см²). Жарықтың шашырауын анықтайтын факторлардың әр түрлі болатындығынан оның барлық жағдайын қамтитын біртұтас дәл тәсілді көрсету қиын. Сондықтан құбылысты әр түрлі дәлдікпен сипаттайтын идеал жағдайлар қарастырылады (мысалы, жеке электрондағы Жарықтың шашырауы, жеке атомдағы Жарықтың шашырауы, молекуладағы Жарықтың шашырауы, ұсақ бөлшектердегі Жарықтың шашырауы, ірі бөлшектердегі Жарықтың шашырауы). Көп бөлшектен құралған ортадағы Жарықтың шашырауының жеке бөлшектердегі Жарықтың шашырауынан ерекше айырмашылығы бар. Ол, ең алдымен, толқындар интерференциялануына, екіншіден көп рет шашырау эффектісіне, үшіншіден, бөлшектердің өзара әсерлесуіне байланысты болып келеді.
Егер шашыраған толқынның фазасы түскен толқынның фазасымен бір мәнді анықталатын болса, онда Жарықтың шашырауы когерентті Жарықтың шашырауы деп, ал керісінше жағдайда ол когерентті емес Жарықтың шашырауы деп аталады. Жарықтың шашырауы құбылысы физиканың, химияның және техниканың әр түрлі саласындағы зерттеу жұмыстарында кеңінен пайдаланылады.

Рэлей шашырауы

Көптеген тәжірибелік деректер бойынша жарық оптикалық біртекті ортада түзу сызықты таралады. Гюйгенстің, Ферманың және т.б.. принциптерінен де дәл осындай қорытынды жасалады. Егер ортада оптикалық біртекті еместіктер пайда болса, онда бұлар жарықтың шашырауын туғызады.

Оптикалық біртекті еместіктер әртүрлі себептерден пайда болуы мүмкін. Мысалы, газдағы бөгде заттың қатты бөлшектері, ауадағы сұйықтың тамшылары, сұйықтағы бөгде қатты заттың бөлшектері және т.б. орталарды оптикалық біртекті емес етеді. Осындай оптикалық біртекті емес орталарды бұлдыр орталар деп атау қабылданған.

Тәжірибеге қарағанда жарық бөгде қоспалары жоқ мөлдір біртекті орталар арқылы таралған жағдайда да шашырайды екен. Осындай шашырау – біртекті орталардағы шашырау – жарықтың молекулалық шашырауы деп аталады.

Жарықтың шашырау құбылысына бұдан кейінгі зерттеулер нәтижесінде пайда болу механизмі бойынша және барлық басқа белгілері бойынша жарықтың бұлдыр орталардағы және жарықтың молекулалық шашырауынан өзгеше шашыраудың болатындығы анықталды. Бұл – жарықтың комбинациялық шашырауы.