在专业角度上,光的散射原理是指入射光线与物质的相互作用,导致光线发生改变方向的现象。
当光与物质相交时,其中一些光线可能会被吸收,而另一些光线可能会发生散射。散射是指光的传播方向发生随机改变的过程,导致光线在各个方向上均匀地分布。
散射的主要原因是光与物质中的分子或粒子发生相互作用。当光与粒子相互作用时,粒子会吸收并重新辐射光能量,导致光线的方向发生随机改变。这是由于粒子的形状、大小和光波长的相对大小决定的。
根据粒子相对于入射光波长的尺寸,光的散射过程可以分为两种类型:
1. 雷诺兹散射:当入射光的波长远大于粒子的尺寸时,光的散射称为雷诺兹散射。在这种情况下,散射现象主要由于粒子所引起的折射和绕射效应。
2. 米耳柏散射:当入射光的波长与粒子的尺寸相当或比粒子尺寸更小时,光的散射称为米耳柏散射。在这种情况下,散射现象主要由粒子的形状和物质的折射率差异引起。
光的散射过程对于许多现象和应用具有重要影响,如大气中的天空蓝色、云彩的颜色、颗粒物的可见性等。此外,散射也在科学研究、光学仪器设计和遥感技术等领域中起着重要作用。
当光线照射在物体表面上时,会反射、折射、衍射或散射,这便是“光的散射原理”。
在光学性质均匀的介质中或两种折射率不同的均匀介质的界面上,无论光的直射、反射或折射,都于在特定的一些方向上,而在其他方向光强则等于零,光线将沿原有的方向传播而不发生散射现象。当光线从一均匀介质进入另一均匀介质时,根据麦克斯韦电磁场理论,它只能沿着折射光线的方向传播,这是由于均匀介质中偶极子发出的次波具有与人射光相同的频率,并且偶极子发出的次波间有一定的位相关系,它们是相干的,在非折射光的所有方向上相互抵消,所以只发生折射而不发生散射。
物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开,这种现象称为光的散射,向四面八方散开的光,就是散射光。与光的吸收一样,光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。
传播时因与物质中分子(原子)作用而改变其光强的空间分布、偏振状态或频率的过程。当光在物质中传播时,物质中存在的不均匀性(如悬浮微粒、密度起伏)也能导致光的散射(简单地说,即光向四面八方散开)。蓝天、白云、晓霞、彩虹、雾中光,曙光的传播等等常见的自然现象中都包含着光的散射(光的反射)现象。
物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开,这种现象称为光的散射,向四面八方散开的光,就是散射光。与光的吸收一样,光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。
散射是被投射波照射的物体表面曲率较大甚至不光滑时,其二次辐射波在角域上按一定的规律作扩散分布的现象。它是分子或原子相互接近时,由于双方具有很强的相互斥力,迫使它们在接触前就偏离了原来的运动方向而分开,这通常称为“散射”。散射是指由传播介质的不均匀性引起的光线向四周射去的现象。如一束光通过稀释后的牛奶后为白色,而从侧面和上面看,却是浅蓝色的。
散射光的波长与入射光相同,而其强度与波长λ4成反比的散射,称瑞利散射定律,由瑞利于1871年提出。此定律成立的条件是散射微粒的线度小于波长。若入射光为自然光,不同方向散射光的强度正比于1+cos2θ,θ为散射光与入射光间的夹角,称散射角。θ=0或π时散射光仍为自然光;θ=π/2时散射光为线偏振光;在其他方向上则为部分偏振光。根据瑞利散射定律可解释天空的蔚蓝色和夕阳的橙红色。 当散射微粒的线度大于波长时,瑞利散射定律不再成立,散射光强度与微粒的大小和形状有复杂的关系。G.米和P.德拜分别于1908年和1909年以球形粒子为模型详细计算3对电磁波的散射。米氏散射理论表明,当球形粒子的半径a<0.3λ/-2π时散射光强遵守瑞利定律,a较大时散射光强与波长的关系不再明显。用白光照射由大颗粒组成的物质时(如天空的云层等),散射光仍为白色。气体液化时,在临界状态附近由密度涨落引起的不均匀区域的线度比波长要大,所产生的强烈散射使原来透明的物质变混浊,称为临界乳光。
1、晚霞。太阳落山后的晚霞,大气中的太阳光运行的路程比较长,我们只能看到直射光里面所剩下的红橙光,其它一些波短的蓝光就散射掉了。2、蓝天。天气晴朗时,太阳光穿过各种物质,其中短波的蓝光被散射掉,天空就变成了蓝天。3、晨昏蒙影。
棱镜对自然光线中不同频率的光的折射率是不同的,紫光折射率最大,红光最小。因此,当自然光通过棱镜时就会发射色散,使不同频率(颜色)的光分开,形成美丽的彩虹。
一束白光通过三棱镜,由于光的折射和波长的不同,被分散成七种不同色彩的光线.这种现象叫作光的色散—— 三棱镜的光学原理是,偏转光线,平行光线经过三棱镜后向基底方向偏转,从而引起物方影像向三棱镜的顶端偏移。
散射光的频率与入射光相同,而其强度与频率f成正比的散射,称瑞利散射定律,由瑞利于1871年提出。此定律成立的条件是散射微粒的线度小于波长。
若入射光为自然光,不同方向散射光的强度正比于1+cosθ,θ为散射光与入射光间的夹角,称散射角。θ=0或π时散射光仍为自然光;θ=π/2时散射光为线偏振光。
散射通信的原理是一种超视距的通信手段,它利用空中介质对电磁波的散射作用,在两地间进行通信。 对流层、电离层、流星余迹、人造散射物体等都具有散射电磁波的性质。
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