光的散射與眩光第六周_第1頁
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光的散射與眩光第六周第一頁,共二十二頁,2022年,8月28日學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握光的散射和眩光的定義2.掌握產(chǎn)生光的散射和眩光的原因3.掌握光的散射和眩光的分類4.熟悉瑞利散射、米散射、拉曼散射、布里淵散射的典型例子、現(xiàn)象5.了解眩光的危害并加以防護第二頁,共二十二頁,2022年,8月28日一、光的散射光學(xué)性質(zhì)不均勻的原因1、均勻物質(zhì)中散布者折射率與它不同的其他物質(zhì)。2、物質(zhì)本身組成部分(粒子)不規(guī)則的聚集所造成。例如:塵埃、煙、霧、懸浮液、乳狀液以及毛玻璃。定義:一般來說,我們沿光束的側(cè)面進行觀察就應(yīng)當(dāng)看不見光,但當(dāng)光速通過光學(xué)性質(zhì)不均勻的物質(zhì)時,從側(cè)面卻可以看見光,這一現(xiàn)象叫做光的散射。第三頁,共二十二頁,2022年,8月28日散射光是部分偏振光

蜜蜂能夠感知天空散射的偏振光,利用其偏振性辨別方向。根據(jù)能量是否損失將散射分為彈性和非彈性散射兩大類彈性散射:散射光和入射光的頻率和波長保持一致的散射,如:瑞利散射和米散射非彈性散射:散射光的頻率和波長不同于入射光的散射,如:拉曼散射和布里淵散射。第四頁,共二十二頁,2022年,8月28日(一)瑞利散射定義:當(dāng)入射光通過的光學(xué)介質(zhì)所含分子微粒尺度小于光的波長時(小于0.1μm),由于構(gòu)成該介質(zhì)的密度漲落而被散射的現(xiàn)象。瑞利散射定律:散射光和入射光的頻率、波長相同;散射光的強度和散射方向有關(guān),并和波長的四次方成反比。第五頁,共二十二頁,2022年,8月28日瑞利散射最典型的例子為大氣散射(彩圖1)。晴朗的天空常呈現(xiàn)淺藍(lán)色,大氣散射一部分來自懸浮的塵埃,大部分則是氧氣和氮氣的密度漲落引起的分子散射,由于后者的尺度比前者小得多,所以瑞利散射作用更明顯。如紅光波長是藍(lán)紫光波長的1.8倍,根據(jù)瑞利散射定律,在入射的藍(lán)紫光的光強與紅光光強相等的條件下,藍(lán)紫光的散射大約是紅光10倍。因此,淺藍(lán)色和藍(lán)色光比黃色和紅色的光散射得更厲害,故散射光中波長較短的藍(lán)光占優(yōu)勢,晴朗的天空會呈現(xiàn)淺藍(lán)色。而雨過天晴時,大氣中的塵埃明顯降低,天空會藍(lán)得格外美麗。第六頁,共二十二頁,2022年,8月28日

注意:但只有在微粒尺度比光波的波長小的情況下,才能夠觀察到這種符合瑞利定律的散射,若微粒尺度超過了波長,那么強度與波長之間關(guān)系就比較復(fù)雜了。第七頁,共二十二頁,2022年,8月28日(二)米散射

定義:當(dāng)入射光通過的光學(xué)介質(zhì)中所含分子微粒尺度與入射光波長可比擬時(如1μm),散射光的規(guī)律不再遵循瑞利定律,其強度分布復(fù)雜且不對稱,稱為米散射。米散射中光的波長、頻率不發(fā)生變化。典型的例子,白云對可見光的散射,白云是由大氣中的水滴組成的,由于這些水滴的半徑與可見光的波長相比已不算很小,瑞利散射不再適用。這樣,水滴產(chǎn)生的散射與波長的關(guān)系不大,這就是云霧呈現(xiàn)白色的緣由。低層大氣中含有較多的塵粒,這里的散射以米散射為主,陽光被散射后基本上仍為白光,因此,地平線附近的天際為灰白色或青灰色。

第八頁,共二十二頁,2022年,8月28日丁達(dá)爾現(xiàn)象:清晨,在茂密的樹林中,常??梢钥吹綇闹θ~間透過的一道道光柱(彩圖2a),類似這種自然界現(xiàn)象就是丁達(dá)爾現(xiàn)象(Tyndall),為米散射的一種表現(xiàn)。我們在化學(xué)實驗室里也可以看到這種現(xiàn)象。第九頁,共二十二頁,2022年,8月28日丁達(dá)爾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因:是因為在溶膠中,膠體微粒直徑大小恰當(dāng),當(dāng)光束照射膠粒上時,膠粒將光從各個方面全部反射,膠粒即成一小光源,故可明顯地看到由無數(shù)小光源形成的光亮“通路”。散射光的強度,隨著微粒直徑增加而變化。懸(乳)濁液分散質(zhì)粒子直徑太大,對于入射光只有反射而不散射;溶液里溶質(zhì)粒子太小,對于入射光散射很微弱,所以溶液和濁液無丁達(dá)爾現(xiàn)象。膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象第十頁,共二十二頁,2022年,8月28日眼科臨床上常利用這種現(xiàn)象來檢測眼前房炎癥反應(yīng),正常前房在裂隙燈下為暗區(qū);當(dāng)前房出現(xiàn)炎癥反應(yīng)時,滲出物中的顆粒使得入射光束發(fā)生散射,出現(xiàn)彩圖2b中的光亮通路,炎癥越重,散射越明顯。此外,還設(shè)計了激光散射光計(laserflaremeter)來試圖定量前房反應(yīng)的程度。第十一頁,共二十二頁,2022年,8月28日(三)拉曼散射定義:在光的散射過程中,如果分子的狀態(tài)也發(fā)生改變,則入射光與分子交換能量的結(jié)果可以導(dǎo)致散射光的頻率和波長發(fā)生改變,叫做拉曼散射。拉曼散射的強度極小,約為瑞利散射的千分之一。拉曼光譜、頻率、強度及偏振等標(biāo)志著散射物質(zhì)的性質(zhì),用途:可用于研究分子結(jié)構(gòu)以及分析化合物的成分。利用激光產(chǎn)生的受激拉曼散射,可致生物組織細(xì)胞損傷。第十二頁,共二十二頁,2022年,8月28日(四)布里淵散射定義:

在光的散射過程中,如果和原子的熱運動模式偶合而造成了能量的微小變化,使得入射光的頻率發(fā)生偏移,這種散射稱為布里淵散射。作用:經(jīng)過高解析光譜分析,可以得出頻移的量,由此來研究物質(zhì)基本性質(zhì)(彈性、磁性相變)及多種交叉效應(yīng)(壓電、磁彈、光彈等)。利用激光產(chǎn)生的受激布里淵散射,可致細(xì)胞破裂,出現(xiàn)水腫。第十三頁,共二十二頁,2022年,8月28日二、眩光定義:眩光(glare)是指由于視野中的光源的亮度分布和亮度范圍不適宜,或存在極端的亮度對比以至引起不舒適感覺或降低了對目標(biāo)和細(xì)節(jié)的分辨能力的視覺現(xiàn)象。眩光現(xiàn)象是影響視覺質(zhì)量的最重要因素之一。第十四頁,共二十二頁,2022年,8月28日眩光光源可分直接眩光光源和間接眩光光源。直接眩光如太陽、夜間對方來車車燈等(如彩圖3a所示);間接眩光如具有光澤的墻面、水面、鏡面等物面上反射的光等(如彩圖3b所示)。

第十五頁,共二十二頁,2022年,8月28日(一)眩光的分類

眩光主要分為三種形式,即不適性眩光、失能性眩光和目盲眩光。1.不適性眩光

由于視野中不同區(qū)域光的亮度相差太大或過亮的照明所致,會導(dǎo)致視覺不適,引起心理上不舒適的感覺。如頭痛、眼部疲勞、燒灼感、流淚等,但不一定影響視力和視功能。比如在強陽光下或在很亮的光源直射的視野中看書,或在正午從室內(nèi)走到室外等情況,均會產(chǎn)生不適感覺,這種不適感覺可以通過視覺逃避而避免視力丟失,如駕車時面對明亮的汽車前燈要轉(zhuǎn)過臉去。第十六頁,共二十二頁,2022年,8月28日2.失能性眩光

又稱幕罩樣眩光,是指不一定引起不舒適的感覺,但導(dǎo)致視力或視功能下降的眩光。如由光照在臟的車擋風(fēng)玻璃上而產(chǎn)生的視力丟失(彩圖4)。這種視功能的下降是由于眩光光源經(jīng)過眼外不均勻介質(zhì)或角膜、晶狀體等眼內(nèi)組織時產(chǎn)生散射,在眼內(nèi)形成光幕,其疊加于視網(wǎng)膜物像上,造成光幕性視網(wǎng)膜照明第十七頁,共二十二頁,2022年,8月28日視網(wǎng)膜像的對比度

C=(Lmax-Lmin)/(Lmax+Lmin)式中:Lmax:視網(wǎng)膜像的最大亮度

Lmin視網(wǎng)膜像的最小亮度。當(dāng)眩光光源發(fā)生散射時,以光幕狀疊加于視網(wǎng)膜像上,使得最大亮度和最小亮度之差保持不變,而最大亮度和最小亮度之和增大,故對比度下降。第十八頁,共二十二頁,2022年,8月28日操作演示——失能性眩光

(1)準(zhǔn)備一張視力表(最好是對比敏感度視力表)。

(2)在其旁邊設(shè)置一盞亮度可調(diào)的燈(眩光光源)。

(3)光源直接朝向受試者照射。

(4)在燈關(guān)閉、開啟及亮度逐漸增大狀態(tài)下分別檢查視力。

(5)結(jié)果顯示:隨著亮度的逐漸增大,視力逐漸下降;光源越靠近視力表,對視力影響越大。

以鑒別駕駛員是否有眩光性失能

第十九頁,共二十二頁,2022年,8月28日(二)眩光產(chǎn)生的原因

⑴外界原因:眩光的產(chǎn)生多數(shù)是由于光源亮度的緣故可有以下幾種情況:環(huán)境亮度越低,光源本身的亮度越高,則眩光越顯著;光源與眼睛的距離越近,投射方向越靠近視軸,則眩光越強烈;光源的表觀面積越大,光源數(shù)目越多,則眩光越顯著。

第二十頁,共二十二頁,2022年,8月28日⑵生理原因:引起眩光的生理性原因主要有以下幾點:①由于高亮度的刺激,使瞳孔縮小;②由于角膜、晶狀體等對光線的散射在眼內(nèi)形成光幕;③由于視網(wǎng)膜受高亮度的刺激,使適應(yīng)狀態(tài)破壞。強光對眼睛能否產(chǎn)生眩光現(xiàn)象,眼的適應(yīng)狀態(tài)是重

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