5 光の散乱と干渉

光の散乱

光が物質に衝突して様々な方向に広がる現象を光の散乱という。光の散乱現象については、散乱現象に関わる物質の粒子径によりレイリー散乱とミー散乱に分類される。

1)レイリー散乱
 照射光の波長の1/10以下の粒子径における散乱現象であり、照射光と散乱光の波長は等しく、散乱光強度は波長の4乗に反比例する。

2)ミー散乱
光の波長と物質の粒子径が同程度の場合(物質の粒子径が光の波長の1/10よりも大きい)に生じる散乱現象である。散乱光の強度は粒子の大きさ、形に依存する。

レイリー散乱では、粒子径の小さい物質との相互作用により起こり、散乱光の強度は光の波長に依存するが、ミー散乱では、粒子径の大きい物質との相互作用により起こり、散乱光の強度は物質の大きさ、粒子径に依存する。


散乱光の波長

入射光と散乱光の振動数の関係より光の散乱には、レイリー散乱とラマン散乱がある。

① レイリー散乱

物質に光が照射され励起状態となり、その後、元のエネルギー状態と同じ基底状態に戻るため、入射光と同じ振動数の光を散乱する。

② ラマン散乱
物質に光が照射され励起状態となり、その後、元のエネルギー状態と同じ基底状態には戻らないため、入射光と異なる振動数の光を散乱する。

<参考:ストークス光と反ストークス光>
ラマン散乱では、散乱光としてストークス光と反ストークス光が観測されることがある。
ストークス光とは、励起状態から低エネルギー状態に戻る際、もとの物質よりエネルギーが高い状態に戻るときに発せられる散乱光のことであり、反ストークス光とは、励起状態から低エネルギー状態に戻る際、もとの物質よりエネルギーが低い状態に戻るときに発せられる散乱光のことである。


光の干渉

同じ波長を有する2つの光がある場合、山と山または谷と谷が重なると光が強くなり、山と谷が重なると光が弱くなるこの現象を「光の干渉」という。光は波動性を有しているため、上記のような干渉現象を起こすことがある。


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