شکل ١-٣- به ازای شدت یکسان نور فرودی، پراکندگی نور با طول موج nm۴٠٠،
۴/۹ برابر نور با طول موج nm٧٠٠ است.
۱-٣-۲– پراکندگی رامان^[۱۱]
برهمکنش ناکشسان فوتون با مولکول منجر به پراکندگی رامان می­ شود. در پراکندگی رامان فرکانس تابش پراکنده شده در فرکانس­های مجزا و معینی بالاتر و پایین­تر از فرکانس تابش اولیه می­باشد. مولکول تنها مطابق قوانین کوانتایی می ­تواند مقادیر انرژی بگیرد و یا از دست بدهد. هرگاه مولکول انرژی­ای برابر با EΔ (اختلاف انرژی بین دو حالت از حالت­های مجاز آن) کسب کند، انرژی فوتون پراکنده شده مساوی hν – ΔE بوده و فرکانس تابش خواهد بود. بر عکس اگر مولکول انرژی EΔ از دست بدهد فرکانس تابش پراکنده شده برابر خواهد بود.
پراکندگی رامان شامل دوگونه است :
١- تابش استوکس^[۱۲] : فرکانس تابش پراکنده شده کوچکتر از فرکانس پرتوی اولیه است در این حالت انرژی مولکول افزایش یافته است.
٢- تابش آنتی استوکس^[۱۳] : فرکانس تابش پراکنده شده بزرگتر از فرکانس پرتوی اولیه است در این حالت انرژی مولکول کاهش یافته است.
شکل ١-۴- پراکندگی استوکس و آنتی استوکس
دیدگاه کلاسیکی اثر رامان ( قطبش پذیری مولکولی)
وقتی مولکولی در یک میدان الکتریکی ساکن قرار می­گیرد قدری تغییر شکل پیدا می­ کند. هسته­های مثبت بطرف قطب منفی و الکترون­ها بطرف قطب مثبت میدان کشیده می­شوند. این جدا شدن مراکز بار باعث القاء یک ممان دو قطبی الکتریکی در مولکول شده و مولکول قطبیده می­ شود.
اندازه گشتاور دو قطبی القایی بستگی به بزرگی میدان بکار رفته و میزان تغییر شکل­پذیری مولکول دارد : . قطبش پذیری حتی ساده­ترین مولکول نظیر در تمام جهات یکسان نیست و به اصطلاح غیر ایزوتروپیک است، بدین معنی که الکترون­های پیوندی مولکول در اثر یک میدان الکتریکی هم­راستا با محور پیوند، راحت­تر ازمواقعی است که راستای میدان عمود بر محور پیوند باشد، جابجا می­شوند .
تابشی با فرکانس خارجی را در نظر می­گیریم :
حال اگر این تابش با مولکول برهم­کنش داشته باشد ، دو حالت به وجود می ­آید :
الف – دو قطبی القایی نیز با همین فرکانس نوسان خواهد کرد. (پراکندگی ریلی)
ب – اگر مولکول دارای حرکات درونی از قبیل ارتعاش یا چرخش باشد که قطبش­پذیری آن را متناوباً تغییر دهد. در اینصورت حرکت ارتعاشی یا چرخشی فوق نیز با دوقطبی نوسان کننده توأم خواهد شد.
۱-٣-٣- پراکندگی کامپتون
برخلاف نور معمولی، پرتو ایکس و گاما را نمی­ توان توسط آینه، به دام انداخت و یا بازتابانده شود. هنگامی که پرتو گاما از این مسیر عبور می­ کند، با الکترون­های موجود در بلور برخورد کرده و با انرژی کمتری پراکنده میشوند این پدیده پراکندگی کامپتون نام دارد. طول موج پرتو ایکس و گاما آن­قدر کوتاه است که می­توانند از میان فضای بین اتم­های یک آشکارساز عبور کنند. معمولاً آشکارسازهای اشعه گاما شامل توده­های بلوری بسیار متراکمی هستند. در این برخورد، ذراتی به وجود می­آیند که می­توان با حسگرهای خاصی آن­ها را آشکار کرد. از زمان بیگ­بنگ از (انفجار بزرگ)، انفجارهای اشعه گاما، پرانرژی­ترین و نورانی­ترین حوادث الکترومغناطیسی بوده ­اند و در ١٠ ثانیه می­توانند انرژی­ای آزاد کنند که خورشید در منظومه شمسی در طول عمر ١٠ بیلیون ساله خود می ­تواند آزاد کند.
از معادله (١-۲۷) می­توان دریافت، پراکندگی کامپتون یک پراکندگی غیرکشسان می­باشد.
شکل ١-۵- پراکندگی کامپتون
١-٣-۴– پراکندگی بریلوئن
پراکندگی بریلوئن زمانی رخ می­دهد که نور در یک محیط (مانند هوا، آب یا کریستال) با تغییرات چگالی اپتیکی وابسته به زمان واکنش می­دهد و انرژی (فرکانس) و مسیر آن را تغییر می­دهد. تغییرات چگالی ممکن است ناشی از مدهای آکوستیکی مانند فونون­ها، مدهای مغناطیسی مانند مگنون­ها و یا گرادیان­های دمایی باشد.
از دیدگاه فیزیک کلاسیک، زمانیکه محیطی تغییرات ضریب شکستش فشرده شود و کسری از موج نور عبوری با این تغییرات ضریب شکست واکنش ­دهد، محیط مثل یک توری پراش سه بعدی عمل کرده و نور منحرف می­ شود. بنابراین موج صوتی نیز هنگام انتشار نور را دچار یک شیفت دوپلری می­ کند و در نتیجه فرکانس آن را تغییر می­دهد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

از دیدگاه کوانتومی، پراکندگی بریلوئن واکنشی بین یک موج الکترومغناطیسی و موج چگالی (پراکندگی فوتون – فونون)، موج اسپینی مغناطیسی (پراکندگی فوتون- مگنون)، یا یک شبه ذره فرکانس پایین دیگر است. این پراکندگی غیر کشسان است. فوتون ممکن است انرژی از دست بدهد و یک شبه ذره بسازد (فرایند استوکس) یا اینکه یک شبه ذره نابود شود و فوتون انرژی کسب کند (فرایند ضد استوکس).
١-۴- پراکندگی تامسون
در پراکندگی تامسون منظور پراکندگی تابش الکترومغناطیسی از یک فضای باردار است [۲]. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی موج فرودی به ذره شتاب می‌دهند. ذره باردار به خاطر شتاب‌گرفتن از خود تابش می‌کند و به این ترتیب موج فرودی پراکنده می‌شود. اگرچه پلاسما شامل الکترون­ها و یون­هاست اما به بررسی پراکندگی فقط در مورد الکترون­ها پرداخته می­ شود. زیرا در نتیجه و بنابراین مقدار پراکندگی تامسون یک یون بسیار کوچکتر از یک الکترون است.
در شکل (۱-۶) رابطه بین امواج پراکنده و نور لیزر تابشی بصورت قطبی خطی نشان داده شده است .

شکل ۱-۶- مختصات زاویه تابش و زاویه پراکندگی
زاویه بین بردار موج تابش k_i و بردار موج پراکنده k_S، زاویه پراکندگی نامیده می شود و با نمایش داده می­ شود. در جهت E_i هیچ تشعشعی وجود ندارد. دیفرانسیل سطح مقطع پراکندگی تامسون ,مستقل از طول موج نور تابشی _iλ است. برای بدست آوردن چگالی ابتدا باید σ را بدست آورده :
در حد غیر نسبیتی برای توان تابشی داریم [۳] :
بردار میدان الکتریکی برابر
و نیروی لورنتس وارد بر ذره به شکل زیر است :
در رابطه (۱-٣٠)، E میدان الکتریکی، B میدان مغناطیسی، q بار ذره و v سرعت ذره است. ازآنجاییکه B=E/c است از میدان مغناطیسی صرفنظر می­ شود، در نتیجه شتاب ذره :
با توجه به شکل (١-۷) می­توان نوشت:

شکل ۱-۷- نمایش بردارهای پراکندگی و زوایای آن.
و بردارهای یکه هستند.
ضرب داخلی با بردار برابر است با :
به دلیل اینکه دوره تناوب تکرار می­ شود ، از دوره تناوب متوسط زمانی گرفته می­ شود :
چون رابطه بین موج پراکنده و نور لیزر تابشی بصورت قطبی خطی است، از صرفنظر می­ شود.
حال برای اثبات، به میانگین توان تابشی نیاز است که بصورت زیر تعریف می­ شود :
برای بدست آوردن شعاع کلاسیکی بصورت زیر عمل می­ شود :
از معادله بالا بدست می ­آید :
همانطور که در شکل (۱-۶) مشاهده می­ شود، وقتی یک موج الکترومغناطیسی با یک محیط گازی یا پلاسما برخورد می­ کند، سطح مقطع پراکندگی به شرح زیر تعریف می­ شود، برای تابش لیزر با طول موج _۰λ و شدت I₀ (W m^-2) ، مقدار پراکندگی که بین طول موج­های λ و λΔ+λ رخ می­دهد، تحت زاویه ، با یک زاویه فضایی ΩΔ، شدت I(λ,θ) بصورت زیر نوشته می­ شود :
که در آن n چگالی ذرات پراکنده کننده­ها و Vحجم پراکندگی است. ثابت تناسب در این معادله سطح مقطع پراکندگی و با نماد نشان داده می­ شود. با بهره گرفتن از این، معادله (۱-۳۹) بدین صورت بازنویسی می­ شود :
در (۱-۴٠) سطح مقطع پراکندگی بستگی به طول موج لیزر، نوع ذرات پراکندگی و خواص پلاسما یا گاز دارد.
سطح مقطع برخورد فوتون با الکترون بدست آمده است، حال باید سطح مقطع برخورد یک فوتون با حجمی از الکترون­ها محاسبه شود.