브릴루인 산란

Brillouin scattering

레온 브릴루인의 이름을 딴 브릴루인 산란(Brielouin light sanvising 또는 BLS라고도 한다)은 매질에서 빛이 물질파와 상호작용을 하는 것을 말한다. 매체의 재료 특성에 대한 굴절률 의존성에 의해 매개된다. 광학에서 설명한 바와 같이, 투명한 재료의 굴절률은 변형 시 변화한다(압축-변연 또는 전단-스킬링).

광파와 반송파 변성파 사이의 상호작용의 결과는 전달된 광파의 일부분이 진동하는 3차원 회절 그링에 의해 발생하는 회절에 의해 발생되는 것처럼 그 운동량(주파수 및 에너지 등)을 우선적인 방향으로 변화시키는 것이다.

매질이 고체 결정, 고분자 사슬 응축물 또는 점성 액체나 기체인 경우, 캐리어 내 (전송 전자파가 아닌) 전달 매체 내의 저주파 원자 체인 변형파(Quasipica)는 다음과 같은 예일 수 있다.

  1. 질량 진동(음파) 모드(음파라고 함);
  2. 전하 변위 모드(유전계, 폴라리톤이라고 함)
  3. 자기 스핀 진동 모드(자석 물질에서 마그네트라고 함).

메커니즘

Lattice wave.svg

고체물리학의 관점에서 볼 때, 브릴루인 산란은 전자기파와 위에서 언급한 세 가지 결정 격자파 중 하나의 상호작용이다. 산란은 비탄성적이다. 즉, 광자는 에너지를 잃을 수 있고(Stokes 공정) 그 과정에서 세 가지 퀘이피사 유형 중 하나를 생성하거나(phon, polariton, magnon) 그러한 퀘이피사 유형 중 하나를 흡수하여 에너지를 얻을 수 있다(항-Stokes 공정). 그러한 광자 에너지의 변화는, 주파수의 브릴루인 변화에 해당하는 것으로, 방출되거나 흡수된 퀘이피사의 에너지와 동일하다. 따라서 브릴루인 산란은 다양한 원자 체인 진동 유형('Quasiparticles')의 에너지, 파장 및 주파수를 측정하는 데 사용될 수 있다. 브릴루인 시프트를 측정하기 위해 일반적으로 사용되는 브릴루인 분광계(Brilluin spectrometer)라는 장치가 사용되며, 이 장치의 설계는 Fabry-Pérot interferometer에서 도출된다.

레일리 산란과 대비

레일리 산란 역시 전달 매체 내 분자의 밀도, 구성 및 방향의 변동과 그 굴절 지수의 변화로 인해 소량의 물질(특히 가스나 액체)에서 발생하는 것으로 간주할 수 있다. 차이점은 Rayleigh 산란에는 브릴루인 산란을 유발하는 상관관계가 있고 주기적인 변동(포논)과 대조적으로 무작위적이고 일관성이 없는 열 변동만 수반한다는 것이다. 더구나 레일리 산란은 에너지가 손실되거나 얻어지지 않는다는 점에서 탄력이 있다.

라만 산란과 대비

라만 산란은 물질의 진동 특성에 의해 발생하는 빛의 비탄성 산란을 수반하는 또 다른 현상이다. 검출된 주파수 이동 범위와 기타 효과는 브릴루인 산란과 비교했을 때 매우 다르다. 라만 산란에서 광자는 1차 인접 원자 사이의 결합에서 진동과 회전 전환의 영향으로 산란되는 반면, 브릴루인 산란은 대규모 저주파 음운에 의해 발생하는 광자의 산란에서 비롯된다. 두 현상의 영향은 표본에 대해 매우 다른 정보를 제공한다: 라만 분광법은 전달 매체의 화학적 구성과 분자 구조를 결정하는 데 사용될 수 있고, 브릴루인 산란법은 탄력적인 거동 등 보다 큰 규모로 물질의 성질을 측정하는 데 사용될 수 있다. 브릴루인 분광법(Brielouin spectroscopy)으로 알려진 기술인 브릴루인 산란에서 나오는 주파수는 중간계(Interferometer) 또는 분산(grating) 분광계를 사용하여 검출된다.

자극받은 브릴루인 산란

광섬유와 같은 매질 또는 도파관을 통해 이동하는 강렬한 광선(예: 레이저)의 경우, 빔 자체의 전기장 변화로 인해 전극이나 방사선 압력에 의해 매질에서 음향 진동이 발생할 수 있다. 빔은 그러한 진동의 결과로 브릴루인 산란을 나타낼 수 있으며, 일반적으로 들어오는 빔의 반대 방향에서 브릴루인 산란을 자극하는 것으로 알려져 있다. 액체 및 기체의 경우 일반적으로 발생하는 주파수 이동은 가시광선에서 오후 1~10시까지의 파장 이동을 야기한다. 자극받은 브릴루인 산란은 광학적 위상 결합이 일어날 수 있는 한 가지 효과다.

디스커버리

음향 포논에 의한 빛의 비탄성적 산란은 1922년 레온 브릴루인에 의해 처음 예측되었다. 레오니드 만델스탐은 일찍이 1918년에 그러한 산란 가능성을 인식한 것으로 여겨지지만, 1926년에야 자신의 생각을 발표했다.[1] 만델스탐을 신용하기 위해 그 효과를 브릴루인-만델스탐 산란(BMS)이라고도 한다. 다른 일반적으로 사용되는 이름으로는 브릴루인 광 산란(BLS)과 브릴루인 만델스탐 광 산란(BMLS)이 있다.

브릴루인 산란(SBS)을 자극한 과정은 1964년 치아오 외 연구진이 처음 관찰했다. SBS 공정의 광학적 위상변화 측면은 1972년 보리스 야코블레비치 젤도비치 등이 발견했다.

광섬유센싱

광섬유의 기계적 변형과 온도를 감지하기 위해 브릴루인 산란도 사용할 수 있다.[2]

참고 항목

참조

메모들

  1. ^ Feînberg, E.L.: 선조인 우세키 피지체스키크 나우크, 172, 2002(물리학-우세키, 45, 81 (2002)도이:10.1070/PU2002v45n01ABEH001126)
  2. ^ Measures, Raymond M. (2001). Structural Monitoring with Fiber Optic Technology. San Diego, California, USA: Academic Press. pp. Chapter 7. ISBN 978-0-12-487430-5.

원천

  • Brillouin, Léon (1922). "Diffusion de la lumière et des rayons X par un corps transparent homogène". Annales de Physique. EDP Sciences. 9 (17): 88–122. doi:10.1051/anphys/192209170088. ISSN 0003-4169.
  • L.I. 만델스탐, Zh. 러스. 피즈킴, 오바 58, 381 (1926)
  • Chiao, R. Y.; Townes, C. H.; Stoicheff, B. P. (1964-05-25). "Stimulated Brillouin Scattering and Coherent Generation of Intense Hypersonic Waves". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 12 (21): 592–595. doi:10.1103/physrevlett.12.592. ISSN 0031-9007.
  • B.야. 젤도비치, V.I.Popovichev, V.V.Ragulski, F.S.파이술로프, "만델슈탐 브릴루인 산란에서 반사된 빛과 신나는 빛의 파동 사이의 연결" 물리적. JETP, 15, 109(1972)

외부 링크