物理光學(xué)之光色散

1、物理光學(xué)物理光學(xué)物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院前言前言光在介質(zhì)中的傳播光在介質(zhì)中的傳播過(guò)程，就是光與介質(zhì)相過(guò)程，就是光與介質(zhì)相互作用的過(guò)程。互作用的過(guò)程。光的吸光的吸收、散射和色散收、散射和色散是光在是光在介質(zhì)中傳播時(shí)所發(fā)生的介質(zhì)中傳播時(shí)所發(fā)生的普遍現(xiàn)象，并且它們是普遍現(xiàn)象，并且它們是相互聯(lián)系的。相互聯(lián)系的。 物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院 5.1 光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論5.2 光的吸收光的吸收5.3 光的色散光的色散5.4 光的散射光的散射物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院光的吸收光的吸收光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，一部分能量被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)化為介質(zhì)光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，一部分能量被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)

2、化為介質(zhì)的熱能或內(nèi)能的熱能或內(nèi)能,從而引起光的強(qiáng)度隨傳播距離增大而減從而引起光的強(qiáng)度隨傳播距離增大而減小，這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)對(duì)光的吸收。小，這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)對(duì)光的吸收。物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院光的色散光的色散光在介質(zhì)中的傳播速度一般要小于真空中的光速，而光在介質(zhì)中的傳播速度一般要小于真空中的光速，而且介質(zhì)中的光束與光的頻率或波長(zhǎng)有關(guān)，即介質(zhì)對(duì)不且介質(zhì)中的光束與光的頻率或波長(zhǎng)有關(guān)，即介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的折射率，這種現(xiàn)象叫做光的色散。同波長(zhǎng)的光有不同的折射率，這種現(xiàn)象叫做光的色散。物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院光的散射光的散射介質(zhì)的不均勻性將導(dǎo)致定向傳播的光部分偏離原來(lái)的介質(zhì)的不均勻性將導(dǎo)致

3、定向傳播的光部分偏離原來(lái)的傳播方向，分散到各個(gè)方向，這種現(xiàn)象叫做光的散射，傳播方向，分散到各個(gè)方向，這種現(xiàn)象叫做光的散射，光的散射也會(huì)造成光強(qiáng)隨傳播距離增大而減小。光的散射也會(huì)造成光強(qiáng)隨傳播距離增大而減小。物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院光的散射光的散射光的吸收光的吸收光的色散光的色散麥克斯韋的電磁理麥克斯韋的電磁理論無(wú)法解釋光與物論無(wú)法解釋光與物質(zhì)的相互作用質(zhì)的相互作用量子理論量子理論洛倫茲提出的電子論洛倫茲提出的電子論物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院5.1.1 經(jīng)典理論的基本方程經(jīng)典理論的基本方程均勻介質(zhì)中原子核和電子組成的電偶極子，在均勻介質(zhì)中原子核和電子組成的電偶極子，在外界光場(chǎng)作用下，電子將

4、按入射光頻率做受迫外界光場(chǎng)作用下，電子將按入射光頻率做受迫振動(dòng)，從光子吸收能量，并發(fā)出和入射光同頻振動(dòng)，從光子吸收能量，并發(fā)出和入射光同頻率的次波。率的次波。5.1 光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論 ：一對(duì)靠得很近的等量異號(hào)的點(diǎn)電荷組成的系統(tǒng)。物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院均勻介質(zhì)中電偶極子的均勻介質(zhì)中電偶極子的電偶極矩電偶極矩為：為：/, pper re(8-1)偶 極 矩 pr()電子離開(kāi)平衡位置的距離 位移5.1 光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論如果單位體積中有如果單位體積中有N個(gè)分子，則單位體積內(nèi)的平個(gè)分子，則單位體積內(nèi)的平均電偶極矩為均電偶極矩為

5、PNpNer (8-2)物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院根據(jù)根據(jù)牛頓定律牛頓定律，作強(qiáng)迫振動(dòng)的電子的運(yùn)動(dòng)方程為，作強(qiáng)迫振動(dòng)的電子的運(yùn)動(dòng)方程為22ddddrrmeEfrgtt 其中其中 f 是是彈性系數(shù)彈性系數(shù)， g 是是阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)， E 是是入射光場(chǎng)入射光場(chǎng)，該方程是描述光與物質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的該方程是描述光與物質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程基本方程。(8-3)5.1.1 經(jīng)典理論的基本方程經(jīng)典理論的基本方程物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院/ , / og mf m衰減系數(shù)電子的固有振動(dòng)頻率令令22ddddrrmeEfrgtt 得得( )exp() E E zi t(8-5)5.1.1 經(jīng)典理論

6、的基本方程經(jīng)典理論的基本方程222( )exp() od rdreerEE zi tdtdtmm 物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率222( )exp() od rdreerEE zi tdtdtmm 200exp()( )exp()/iri teE zi tm2(-)0 exp() rri t設(shè)試探解得022( )1 ()oeE zrmi 物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院0exp() rri t022( )1 ()oeE zrmi 221 ( )exp()()oerE zi tmi 222 1( )exp()()oPNeE zi tmNeriNp (8-8)(8

7、-7)N 單位體積內(nèi)的偶極矩?cái)?shù)量單位體積內(nèi)的偶極矩?cái)?shù)量5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院2221( )exp()() oNePE zi tmi ( 1)orPE 即oroEEEPD (8-9a) 2220r =11()oNemi22220111()roNenmi, 即(8-13)5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院22220111()roNenmi5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率這就是經(jīng)典電子理論所得到的復(fù)介電折射這就是經(jīng)典電子理論所得到的復(fù)介電折射率和光波頻率的關(guān)系率和光波頻率的關(guān)系寫(xiě)成復(fù)折射率形式，寫(xiě)成復(fù)折射率形式，

8、 nni，則，則有有2222 ()()2nnini n物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率2222 ()()2nnini n2222011()oNenmi 222222002Nenm (8-16)222022222022012()Nemn (8-15)物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院*2exp4exp()( 2)ooIE EEkIzz n實(shí)部 隨頻率而變，描述色散。虛部表征光在介質(zhì)中傳播時(shí)強(qiáng)度衰減的速度，通常稱為消光系數(shù)，描述吸收。) ( )expexp () exp(ex ()poooE zEiknzEik n iEkzn zzi k寫(xiě)成沿寫(xiě)成沿Z軸傳播的光波，其

9、復(fù)振幅為軸傳播的光波，其復(fù)振幅為(8-18), n物理意義物理意義5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院 22220111()oNenmi22222220n12()ooNem 稀薄氣體稀薄氣體5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率在弱極化情況下（稀薄氣體在弱極化情況下（稀薄氣體.)， 有有1|1112n222222002Nem 物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院曲線曲線-曲線為光吸收曲線，在0 附近，有強(qiáng)烈（共振）吸收；n -曲線為色散曲線，0 附近為反常色散,遠(yuǎn)離0為正常色散色散與吸收之間有密切聯(lián)系色散與吸收之間有密切聯(lián)系。 2220222220012Nenm 22

10、2222002Nem 5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院全波段曲線全波段曲線22220112()jjjjojjN enmi(8-21)全波段的色散曲線全波段的色散曲線5.1.2 介質(zhì)的復(fù)折射率介質(zhì)的復(fù)折射率物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院5.2.1 光吸收定律光吸收定律定義定義: 光通過(guò)介質(zhì)后，光通過(guò)介質(zhì)后，光能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽苻D(zhuǎn)變?yōu)槠渌问狡渌问降哪芰康哪芰慷构鈴?qiáng)度而使光強(qiáng)度減弱減弱的現(xiàn)象，稱為光的吸收。的現(xiàn)象，稱為光的吸收。5.2 光的吸收光的吸收光的吸收有好處也有壞處光的吸收有好處也有壞處光纖通信、傳感光纖通信、傳感光電探測(cè)、太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)、太陽(yáng)能電池、

11、泵浦光泵浦光物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院1. 朗伯定律朗伯定律 Lambert law光強(qiáng)的減弱光強(qiáng)的減弱 dI 正正 比比 于于 I 和和 dx 的乘積的乘積, 即即ddaII x (8-22) 強(qiáng)度公式與吸收系數(shù)強(qiáng)度公式與吸收系數(shù)5.2 光的吸收光的吸收物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院積分并代入邊界件， 得( )Ln()(0)LaoI LILnLI -吸收系數(shù)吸收系數(shù), 物理意義物理意義: 光通過(guò)寬度為光通過(guò)寬度為 的介質(zhì)后，的介質(zhì)后， 光強(qiáng)減弱到原光強(qiáng)的光強(qiáng)減弱到原光強(qiáng)的 e 分之一。分之一。1/aa0expaIIl(8-22)5.2.1 光吸收定律光吸收定律物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院 吸

12、收系數(shù)吸收系數(shù)-消光系數(shù)的關(guān)系消光系數(shù)的關(guān)系因此，因此， Lambert law 可表示為可表示為 04expIIl(8-26)(8-25) exp( 2) oIIk L )exp(0LIIa42ka5.2.1 光吸收定律光吸收定律物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院2. 比爾（比爾（Beer）定律）定律上式稱為比爾定律。上式稱為比爾定律。 注意：朗伯定律對(duì)注意：朗伯定律對(duì)線性線性介質(zhì)適用；介質(zhì)適用； 比爾定律適用于比爾定律適用于低濃度低濃度溶液。溶液。 溶液的吸收系數(shù)溶液的吸收系數(shù) 正比于吸收物質(zhì)的濃度正比于吸收物質(zhì)的濃度 c ， 即正比于單位體積中的吸收分子數(shù)即正比于單位體積中的吸收分子數(shù).aaA

13、c(8-27)0expIIAcl(8-28)5.2.1 光吸收定律光吸收定律物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院5.2.2 一般吸收與選擇吸收一般吸收與選擇吸收 吸收理論應(yīng)用吸收理論應(yīng)用: 激光穩(wěn)頻激光穩(wěn)頻 , DPSSL , fiber laser , 空間光學(xué)和紅外空間應(yīng)用中應(yīng)用波段的選空間光學(xué)和紅外空間應(yīng)用中應(yīng)用波段的選擇擇.選擇吸收選擇吸收：介質(zhì)對(duì)光的吸收強(qiáng)烈：介質(zhì)對(duì)光的吸收強(qiáng)烈,且且 隨波長(zhǎng)隨波長(zhǎng) 劇烈變化。劇烈變化。 如稀薄氣體如稀薄氣體吸收區(qū)吸收區(qū) 0的吸收的吸收 一般吸收一般吸收：介質(zhì)對(duì)光的吸收很弱：介質(zhì)對(duì)光的吸收很弱,且且 隨波長(zhǎng)隨波長(zhǎng)變化不大。變化不大。如稠密介質(zhì)如稠密介質(zhì)吸收區(qū)吸

14、收區(qū) 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離 0的吸收的吸收 aa物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院曲線曲線5.2.2 一般吸收和選擇吸收一般吸收和選擇吸收a一般吸收：一般吸收： 小，隨小，隨 變化變化緩慢緩慢， 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離a0選擇吸收：選擇吸收： 大，隨大，隨 變化變化劇烈劇烈，0物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院摻摻Y(jié)b光纖激光器的吸收光譜光纖激光器的吸收光譜5.2.2 一般吸收和選擇吸收一般吸收和選擇吸收物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院Infrared Window1 st 3 5 m2 nd 8 14 m5.2.2 一般吸收和選擇吸收一般吸收和選擇吸收物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院Infrared Window1 st 3 5 m2

15、nd 8 14 m5.2.2 一般吸收和選擇吸收一般吸收和選擇吸收激光測(cè)距激光測(cè)距激光雷達(dá)激光雷達(dá)物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院Infrared Window1 st 3 5 m2 nd 8 14 m5.2.2 一般吸收和選擇吸收一般吸收和選擇吸收物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院Two/Multi-Photons absorption目前，已發(fā)現(xiàn)目前，已發(fā)現(xiàn)一個(gè)電子可以同時(shí)吸收多達(dá)一個(gè)電子可以同時(shí)吸收多達(dá) 11 個(gè)光子。個(gè)光子。5.2.3 雙雙/多光子吸收多光子吸收 (T/MPA)多光子吸收多光子吸收: : 在強(qiáng)光作用下，可使組成物質(zhì)的原子在強(qiáng)光作用下，可使組成物質(zhì)的原子或分子同時(shí)吸收多個(gè)光子，完成

16、一次躍遷?；蚍肿油瑫r(shí)吸收多個(gè)光子，完成一次躍遷。物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院Two-Photon absorption5.2.3 雙雙/多光子吸收多光子吸收 弱光作用弱光作用, 單光子吸收 a低吸收系數(shù)低吸收系數(shù) 高透射率高透射率 a 強(qiáng)光作用強(qiáng)光作用, 高光子密度高光子密度電子在弛電子在弛 豫時(shí)間內(nèi)吸收后續(xù)光子豫時(shí)間內(nèi)吸收后續(xù)光子 -非線性吸收非線性吸收 高高物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院截止波長(zhǎng)截止波長(zhǎng)對(duì)對(duì) 單單光子吸收光子吸收C = hc/Eg =(1.24/Eg )5.2.3 雙雙/多光子吸收多光子吸收對(duì)對(duì) 多多光子吸收光子吸收C = N (1.24/Eg )用藍(lán)光甚至是紫外光作用才能產(chǎn)

17、生光電效用的鈉、金、用藍(lán)光甚至是紫外光作用才能產(chǎn)生光電效用的鈉、金、銀、鎢等金屬，現(xiàn)在用紅光甚至紅外激光都可以產(chǎn)生銀、鎢等金屬，現(xiàn)在用紅光甚至紅外激光都可以產(chǎn)生光電效應(yīng)。光電效應(yīng)。物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院Optical LimiterDetector & Eye Protection應(yīng)用應(yīng)用5.2.3雙雙/多光子吸收多光子吸收物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院1. 現(xiàn)象現(xiàn)象5.2.4 場(chǎng)致吸收?qǐng)鲋挛?Electro-absorptionelectro-absorptionZero fieldcmV /103 . 15物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院2. 應(yīng)用應(yīng)用5.2.4 電吸收電吸收el

18、ectro-absorptionZero fieldcmV /103 . 15 光電對(duì)抗、光電探光電對(duì)抗、光電探測(cè)保護(hù)測(cè)保護(hù) 不需要插入其他器件不需要插入其他器件 沒(méi)有其他損耗沒(méi)有其他損耗物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院定義：介質(zhì)的折射率隨光波長(zhǎng)變化的現(xiàn)象。5.3 光的色散光的色散物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院色散率定義: 介質(zhì)折射率 n 在波長(zhǎng)附近隨波長(zhǎng)的變化率 dn/d ，在數(shù)值上等于介質(zhì)對(duì)于 附近單位波長(zhǎng)差的兩單色光的折射率之差。 2121ndndnn5.3 光的色散光的色散物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院 (A) “正常正?！焙x含義 n隨波長(zhǎng)增大而單調(diào)下降,即色散率 ,且變化緩慢 或者 n 隨

19、頻率增大而單調(diào)增加.5.3.1 正常色散與反常色散正常色散與反常色散注意注意: 科西公式只是對(duì)正常色散區(qū)才適用科西公式只是對(duì)正常色散區(qū)才適用 。正常色散正常色散 normal dispersion 0ddn24(/)(/)ABCn (8-29) (B) 柯西公式柯西公式 Cauchys formula物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院解釋解釋22222222222222212()1 1 =11(/)(/)ooooooNenmaa o小，24242400(2/ )(2/ )()(2/)(2/1)acaccAcBaC5.3.1 正常色散與反常色散正常色散與反常色散物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院(C) 正常

20、色散曲線正常色散曲線波長(zhǎng)愈短，折射率和波長(zhǎng)愈短，折射率和 n 及色散率及色散率 d n/d 愈大愈大 5.3.1 正常色散與反常色散正常色散與反常色散物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院折射率折射率n 隨波長(zhǎng)增大（或光頻率的減少）而單調(diào)增隨波長(zhǎng)增大（或光頻率的減少）而單調(diào)增加，即加，即色散率色散率 d n/d 0，且在附近區(qū)域，且在附近區(qū)域變化劇烈變化劇烈?！胺闯７闯！鄙^(qū)色散區(qū)常為常為“選擇選擇”吸收區(qū)吸收區(qū)。222222002Nem 解釋解釋:/ 1o 都劇烈變?cè)?附近化和 n2.反常色散反常色散 anomalous dispersion 5.3.1 正常色散與反常色散正常色散與反常色散物理光學(xué)

21、物理光學(xué)光電信息學(xué)院/ 1o 都劇烈變?cè)?附近化和 n22222 2()()ooNemi22222222 12()oooN enm “反常反?！鄙⑴c色散與“選擇選擇”吸收吸收5.3.1 正常色散與反常色散正常色散與反常色散物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院5.3.2 光孤子光孤子 (optical so1iton)孤子孤子(so1iton): 色散色散+非線性效應(yīng)非線性效應(yīng)光孤子是指經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸而保持形狀不變的光脈沖。光孤子是指經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸而保持形狀不變的光脈沖。光脈沖在光纖中將發(fā)生色散脈寬變寬脈寬變寬高強(qiáng)度的極窄單色光脈沖入射到光纖中時(shí)克爾效應(yīng)自相位調(diào)制脈沖前沿頻率降低,脈沖后沿頻率升高脈沖

22、前沿比其后沿傳播得慢脈寬變窄脈寬變窄物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院5.3.2 光孤子光孤子 (optical so1iton)應(yīng)用：應(yīng)用：光孤子的特點(diǎn)決定了它在通信領(lǐng)域的應(yīng)用前景。光孤子的特點(diǎn)決定了它在通信領(lǐng)域的應(yīng)用前景。通常將基階光孤子用于通信，因?yàn)樗谡麄€(gè)傳播過(guò)程中通常將基階光孤子用于通信，因?yàn)樗谡麄€(gè)傳播過(guò)程中沒(méi)有任何變化。沒(méi)有任何變化。（1）容量大：傳輸碼率一般可達(dá)20Gb/s，最高可達(dá)100Gb/s以上.（2）誤碼率低、抗干擾能力強(qiáng)：基階光孤子在傳輸過(guò)程中保持不變及光孤子的絕熱特性決定了光孤子傳輸?shù)恼`碼率大大低于常規(guī)光纖通信.（3）可以不用中繼站：只要對(duì)光纖損耗進(jìn)行增益補(bǔ)償，即可將光信

23、號(hào)無(wú)畸變地傳輸極遠(yuǎn)距離，從而免去了光電轉(zhuǎn)換、重新整形放大、檢查誤碼、電光轉(zhuǎn)換、再重新發(fā)送等復(fù)雜過(guò)程.物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院定義：定義：光通過(guò)不均勻介質(zhì)時(shí)，光通過(guò)不均勻介質(zhì)時(shí)，偏離偏離原來(lái)的方向，向四周原來(lái)的方向，向四周 傳播的現(xiàn)象傳播的現(xiàn)象,稱為散射。稱為散射。光能光能到到光能光能 , 光能光能不轉(zhuǎn)變不轉(zhuǎn)變?yōu)闉槠渌问降哪芷渌问降哪?.4 光的散射光的散射 E和光的吸收不同，散射介質(zhì)吸收入射光波的能量后再和光的吸收不同，散射介質(zhì)吸收入射光波的能量后再以相同的波長(zhǎng)重新輻射出去，即將光能散射到其他方以相同的波長(zhǎng)重新輻射出去，即將光能散射到其他方向上。向上。實(shí)際測(cè)量時(shí)，很難區(qū)分它們對(duì)透射光強(qiáng)

24、的影響，一般實(shí)際測(cè)量時(shí)，很難區(qū)分它們對(duì)透射光強(qiáng)的影響，一般測(cè)得的為總消光系數(shù)。測(cè)得的為總消光系數(shù)。物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院散射的分類(lèi)散射的分類(lèi)散射散射線性線性 /5 / / 1010 瑞利散射瑞利散射 或或 米氏散射米氏散射非線性非線性拉曼散射拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射 布里淵散射布里淵散射自發(fā)拉曼散射自發(fā)拉曼散射5.4 光的散射光的散射物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院5.4.1線性散射線性散射 Linear Scattering1.瑞利散射瑞利散射（Rayleigh Scattering）4224, 1/ IIPPr（1）散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的）散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系關(guān)系 41

25、I(8-36)晴朗的天空顯晴朗的天空顯藍(lán)藍(lán) !物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院（2）散射光強(qiáng)度）散射光強(qiáng)度 與觀察方向與觀察方向的的關(guān)系關(guān)系)(I5.4.1 線性散射線性散射 221 cosII(8-37)I I/2 /2 : = /2 /2 時(shí)散射光強(qiáng)度時(shí)散射光強(qiáng)度物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院（3）散射光的）散射光的偏振偏振當(dāng)自然光入射時(shí)，散射光一般為當(dāng)自然光入射時(shí)，散射光一般為部分偏振光部分偏振光，但在但在垂直垂直入射光方向上的散射光是入射光方向上的散射光是線線偏振光；偏振光； (b)5.4.1 線性散射線性散射物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院當(dāng)線偏振光入射時(shí)，各方向的

26、散射光都是線偏振光當(dāng)線偏振光入射時(shí)，各方向的散射光都是線偏振光 5.4.1 線性散射線性散射物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院（2）偏振特性隨散射粒子的）偏振特性隨散射粒子的尺寸尺寸變化變化; 2.米氏散射米氏散射（Mies Scattering）（1）強(qiáng)度強(qiáng)度與波長(zhǎng)的較低冪次成反比與波長(zhǎng)的較低冪次成反比 1 ( ) 4 nIn(8-41)5.4.1 線性散射線性散射物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院（3）散射光的強(qiáng)度隨）散射光的強(qiáng)度隨 d / 的的增加增加而而減小減小 ;（4）光強(qiáng)的角度分布）光強(qiáng)的角度分布 I ( ) 不對(duì)稱不對(duì)稱, 前向強(qiáng)，后向前向強(qiáng)，后向 弱弱 ,且也隨且也隨 d / 而而變化變化

27、.5.4.1 線性散射線性散射物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院Mies Scattering 是研究很活躍的一個(gè)領(lǐng)域是研究很活躍的一個(gè)領(lǐng)域,空間目標(biāo)的空間目標(biāo)的探測(cè)探測(cè)、識(shí)別識(shí)別、跟蹤跟蹤、激光精確激光精確制導(dǎo)制導(dǎo)等等, , 都需要考慮都需要考慮云云、霧霧、氣溶膠氣溶膠、硝硝煙煙等粒子對(duì)光的等粒子對(duì)光的 Mies Scattering.自然現(xiàn)象的解釋自然現(xiàn)象的解釋藍(lán)天中飄浮著白云藍(lán)天中飄浮著白云 霧呈白色霧呈白色 5.4.1 線性散射線性散射物理光學(xué)物理光學(xué)光電信息學(xué)院如入射光頻率為如入射光頻率為O ,介質(zhì)粒子的介質(zhì)粒子的固有振動(dòng)固有振動(dòng)頻率為頻率為1 1,2 2, 則則散射光頻率為散射光頻率為O 1, 2 因散射光頻率由因散射光頻率由O O和和1 1,2 2 聯(lián)合決定，故又稱聯(lián)合決定，故又稱“聯(lián)合散射聯(lián)合散射”1.拉曼散射拉曼散射 Rama