A fényszórással kapcsolatos jelenségek fizikai háttere

Az optikai kristályok, lencsék, polarizációs optikák, tükör- és rácshordozók valamint egyéb optikai elemek belsejében előforduló inhomogenitások általában kristályhibák, légbuborékok, szennyeződések, egyéb zárványok vagy nemkívánatos törésmutató gradiensek formájában vannak jelen az anyagban. Ezek a típusú hibák jelentősen befolyásolják az optikai mérések eredményeit, nagy intenzitások esetén a termikus effektusok miatt roncsolhatják az optikai elemeket és a fényszórás miatt szemsérülést is okozhatnak. A fényszórás leírható olyan fény-anyag kölcsönhatásként, amely megváltoztatja a beeső fénysugár irányát, intenzitását, bizonyos esetekben a polarizációját, és rugalmatlan szórás esetén akár a hullámhosszát is. A mintára beeső fény kölcsönhat az anyagban jelenlévő optikai inhomogenitás centrumokkal (törésmutató lokális változásaival, amelyek pl. részecske vagy buborék miatt vannak jelen) eltérül a beesési iránytól, tehát szóródik a közeg optikai tulajdonságainak heterogenitása miatt. Ezt a jelenséget használjuk fel a különböző optikai elemekben jelenlévő inhomogenitások detektálására és helyének meghatározására.

A kis részecskéken történő fényszórás leírása a méret alapján három tartományba sorolható. Bár gömb alakú részecskékre a Mie elmélet az egész mérettartományra egzakt megoldást kínál, a hullámhossztól lényegesen eltérő méretű részecskék esetén nem célravezető az alkalmazása a numerikus módszerek korlátai miatt. Kisebb részecskék esetén a Rayleigh által felállított képletek, míg nagyobb részecskék esetén a geometriai optika alapján felírt összefüggések lényegesen egyszerűbb formalizmust kínálnak, a Mie elméletet csak a hullámhosszhoz közeli méretű részecskék esetén használják. Bizonyos esetekben, amikor a részecskék alakja nem nagyon tér el a gömb alaktól, a gömb alakú részecskékre felírt szórás korrekciójával felírható nem gömb alakú (pl. ellipszoid alakú) részecskék fényszórása is.