物理光學(xué)散射

1、光光 的的 散散 射射 晴天晴天光的散射光的散射 白云白云光的散射光的散射 陰天陰天光的散射光的散射 日出日出光的散射光的散射 光通過(guò)光通過(guò)光學(xué)性質(zhì)不均勻光學(xué)性質(zhì)不均勻的介質(zhì)時(shí)，在偏離正常傳播方的介質(zhì)時(shí)，在偏離正常傳播方向上有光出射的現(xiàn)象稱為散射。向上有光出射的現(xiàn)象稱為散射。 定義定義光的散射光的散射 氣體中有隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的分子、原子或煙霧、塵埃氣體中有隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的分子、原子或煙霧、塵埃; 液體中混入小微粒液體中混入小微粒; 固體中摻入雜質(zhì)或缺陷等。固體中摻入雜質(zhì)或缺陷等。 一、定義：一、定義：光學(xué)性質(zhì)不均勻：光學(xué)性質(zhì)不均勻： 定義定義光的散射光的散射 無(wú)散射無(wú)散射有散射有散射散射光散射光散射光散射

2、光散射光散射光原因原因光的散射光的散射 散射是光與物質(zhì)的相互作用所致；散射是光與物質(zhì)的相互作用所致； 光射入透明不均勻介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)中的雜質(zhì)微?；虿灰?guī)則排光射入透明不均勻介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)中的雜質(zhì)微?；虿灰?guī)則排列的物質(zhì)微粒在光波作用下產(chǎn)生受迫振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生次波；列的物質(zhì)微粒在光波作用下產(chǎn)生受迫振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生次波；二、散射產(chǎn)生的原因：二、散射產(chǎn)生的原因： 各微粒所發(fā)出的次波發(fā)生各微粒所發(fā)出的次波發(fā)生疊加疊加，形成散射光。，形成散射光。 入射光入射光散射光散射光散射光散射光次波次波 散射光波長(zhǎng)與入射光波長(zhǎng)散射光波長(zhǎng)與入射光波長(zhǎng)相等相等（線性散射線性散射） 散射光波長(zhǎng)與入射光波長(zhǎng)散射光波長(zhǎng)與入射光波長(zhǎng)不等不

3、等（非線性散射非線性散射）分類分類光的散射光的散射三、散射現(xiàn)象分類：三、散射現(xiàn)象分類：以以散射散射是否等于是否等于入射入射為標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)懸浮質(zhì)點(diǎn)的散射懸浮質(zhì)點(diǎn)的散射分子散射分子散射十分純凈的液體和氣體十分純凈的液體和氣體米氏散射米氏散射瑞利散射瑞利散射拉曼散射拉曼散射布里淵散射布里淵散射瑞利散射瑞利散射光的散射光的散射3.1 瑞利散射瑞利散射產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：散射微粒的幾何線度小于光波長(zhǎng)散射微粒的幾何線度小于光波長(zhǎng)1a散射定律：散射定律：41)(I側(cè)向散射光的光強(qiáng)反比于側(cè)向散射光的光強(qiáng)反比于4a米氏散射米氏散射光的散射光的散射3.2 米氏散射米氏散射產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：散射微粒的幾何線度大于等

4、于光波長(zhǎng)散射微粒的幾何線度大于等于光波長(zhǎng)1a散射規(guī)律：散射規(guī)律：散射光強(qiáng)度散射光強(qiáng)度I與波長(zhǎng)與波長(zhǎng)之間無(wú)明顯關(guān)系。之間無(wú)明顯關(guān)系。a圖圖 瑞利散射和米氏散射瑞利散射和米氏散射散散射射光光強(qiáng)強(qiáng)a/ 米氏區(qū)米氏區(qū)瑞瑞利利區(qū)區(qū)2461080瑞利散射、米氏散射瑞利散射、米氏散射光的散射光的散射41)(I 隨著隨著a/ 增大，增大，散射光強(qiáng)與波長(zhǎng)的依散射光強(qiáng)與波長(zhǎng)的依賴關(guān)系逐漸減弱賴關(guān)系逐漸減弱大粒子散射大粒子散射散射光強(qiáng)基本散射光強(qiáng)基本上與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)上與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)1ABC1.1.為什么晴朗的天空是藍(lán)色的為什么晴朗的天空是藍(lán)色的? ?現(xiàn)象解釋現(xiàn)象解釋光的散射光的散射天氣晴朗時(shí)，大氣層中塵埃和水分子顆粒的尺寸

5、天氣晴朗時(shí)，大氣層中塵埃和水分子顆粒的尺寸( )( )與與太陽(yáng)光波長(zhǎng)太陽(yáng)光波長(zhǎng)( )( )相比較小，對(duì)陽(yáng)光產(chǎn)生瑞利散射。相比較小，對(duì)陽(yáng)光產(chǎn)生瑞利散射。 根據(jù)瑞利定律，根據(jù)瑞利定律， 散射光中波長(zhǎng)較短的藍(lán)紫光占優(yōu)勢(shì)，天空呈藍(lán)色。散射光中波長(zhǎng)較短的藍(lán)紫光占優(yōu)勢(shì)，天空呈藍(lán)色。 760nm紅紅410440460550570610660nm 紫紫 藍(lán)藍(lán) 青青 綠綠 黃黃 橙橙 紅紅400nm紫紫41)(Inma100nmnm760400 如果沒(méi)有大氣層如果沒(méi)有大氣層 , , 即使即使在白天，人們仰望天空，將看在白天，人們仰望天空，將看到光耀眩目的太陽(yáng)懸掛在漆黑到光耀眩目的太陽(yáng)懸掛在漆黑的背景中。的背景中

6、。 現(xiàn)象解釋現(xiàn)象解釋光的散射光的散射2.2.如果沒(méi)有大氣層，天空是什么景象如果沒(méi)有大氣層，天空是什么景象? ?奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)拍攝照片奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)拍攝照片現(xiàn)象解釋現(xiàn)象解釋光的散射光的散射 3. 3.為什么清晨或傍晚看到的太陽(yáng)呈紅色為什么清晨或傍晚看到的太陽(yáng)呈紅色? ? 此時(shí)太陽(yáng)光穿過(guò)的大氣層最厚，散射效應(yīng)最顯著。太陽(yáng)此時(shí)太陽(yáng)光穿過(guò)的大氣層最厚，散射效應(yīng)最顯著。太陽(yáng)光中的短波部分幾乎都側(cè)向散射，僅剩下紅光部分到達(dá)地面，光中的短波部分幾乎都側(cè)向散射，僅剩下紅光部分到達(dá)地面，所以可以看見火紅的朝陽(yáng)或夕陽(yáng)。所以可以看見火紅的朝陽(yáng)或夕陽(yáng)。41)(I現(xiàn)象解釋現(xiàn)象解釋光的散射光的散射 天空中的白云是大氣中水滴組成的，這些水滴的線度天空中的白云是大氣中水滴組成的，這些水滴的線度比可見光的波長(zhǎng)大。根據(jù)米氏散射，各種波長(zhǎng)的光有幾乎比可見光的波長(zhǎng)大。根據(jù)米氏散射，各種波長(zhǎng)的光有幾乎相同強(qiáng)度的散射，因而云霧呈白色。相同強(qiáng)度的散射，因而云霧呈白色。4.4.為什么云彩是白色的為什么云彩是白色的? ? 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)光的散射光的散射2.2.警示燈為什么選擇紅色的？警示燈為什么選擇紅色的？1.1.陰天或污染嚴(yán)重時(shí)，天陰天或污染嚴(yán)重時(shí)，天空為什么