光的散射基础内容
《光的散射》课件
当介质中微小颗粒的直径远大于光的波长时，发生的散射称为非对称散射。其特点是散射强度主 要集中在某个方向上，因此会产生定向的光束。
光的散射的应用
1 2
3
天空的颜色
通过瑞利散射作用，我们能够解释天空为什么是蓝色的。这 是因为大气中的小颗粒对蓝光的散射作用强于对红光的散射 作用。
雾的形成
当大气中的水蒸气分子数量增多时，会产生米氏散射，导致 视线模糊，形成雾。
光学仪器
非对称散射在光学仪器中有重要应用，如望远镜和显微镜中 的聚光镜等，通过非对称散射来控制光束的方向和形状。
02
光的散射理论
米氏-摩雷森散射理论
总结词
米氏-摩雷森散射理论是描述光在大气中散射的物理模型，它 基于分子散射的假设，认为散射强度与波长的四次方成反比 。
详细描述
米氏-摩雷森散射理论认为，光在气体或液体中的散射主要是 由气体或液体分子引起的。这些分子会吸收和再辐射光能， 导致光的散射。根据该理论，散射强度与波长的四次方成反 比，即波长较长的光更容易被散射。
光。
几何光学散射理论
总结词
几何光学散射理论是基于几何光学的物理模型，它主要关注散射表面的几何形状和光学性质对散射的影响。
详细描述
几何光学散射理论认为，散射表面的几何形状和光学性质对光的散射有重要影响。该理论通过使用反射和折射定 律来描述光的散射行为，特别适用于描述粗糙表面和不规则颗粒的散射。在几何光学散射理论中，散射光的方向 和强度取决于入射光的角度、散射表面的几何形状以及介质的折射率。
准备实验器材：光源、光屏、测 量尺、不同颜色的滤光片、待测 介质（如牛奶、蒸馏水等）。
04
光的散射的应用
天空颜色的解释
总结词：科学解释
光的散射基础内容
O1
光的散射
O1
当光通过光学性质不均匀的物质时，从侧向都可以看到光的现象叫光的散射。
O2
定义：
O3
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分类
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
瑞利散射：散射粒子的线度小于光的波长的十分之一 米氏散射：散射粒子的线度与光波长同量级或大于光波波长的散射
光学性质的不均匀： 均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒 物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集 例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液、毛玻璃等。
特征： 杂质微粒的线度小于光波长，相互间距大于波长，排列毫无规则，在光照下的振动无固定位相关系，任何点可看到它们发出次波的迭加，不相消，形成散射光。
非均匀介质中的散射
散射和反射，漫射和衍射的区别
散射与直射、反射及折射的区别：“次波”发射中心排列的不同,散射时无规则，而后者有规则。 散射与漫反射的区别：次波中心的排列仍有某些不同的方向性 散射与衍射的区别： 衍射：因个别的不均匀区域（孔、缝、小障碍等）所形成的，不均匀区域范围大小≈。 散射：大量排列不规则的非均匀小“区域”的集合所形成的，非均匀小区域的线度<。
瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比，
为光源中强度按波长的分布函数 应用：红光散射弱、穿透力强 （信号旗、信号灯） →红外线（遥感等）
瑞利散射
分子散射
清晨日出或傍晚日落时，太阳呈红色
谢谢！
感谢观看
Bye 202X
光学基础知识光的散射和吸收的影响
光学基础知识光的散射和吸收的影响光学是一门研究光的传播、聚焦和变换的科学。
在光学中，散射和吸收是两种重要的光学现象，它们对光的传播和光学器件的性能都有着重要的影响。
一、光的散射散射是指光在遇到物质微粒或界面时，发生方向的改变。
光的散射主要有弹性散射和非弹性散射两种。
1. 弹性散射弹性散射是指光与物质微粒碰撞后，能量和频率不发生变化的散射现象。
例子包括雷射光在空气中的散射，这种散射不会改变光的频率和能量，只会改变光的传播方向。
2. 非弹性散射非弹性散射是指光与物质微粒碰撞后，能量和频率发生变化的散射现象。
比如，荧光材料在受到外界激发后会发生非弹性散射，将能量从一个频率转移到另一个频率上。
非弹性散射还包括拉曼散射，它是一种通过光的散射来分析物质的组成、结构和动力学性质的方法。
光的散射对于光学器件的影响是不可忽视的。
在光纤通信中，光的散射会造成光信号的衰减，从而限制了传输距离。
因此，在光纤设计中，需要选择合适的材料和优化纤芯结构，以降低光的散射损耗。
此外，在气候物理学和遥感等领域，光的散射现象也被广泛应用于测量大气中的污染物和云层等信息。
二、光的吸收吸收是指光在物质中被吸收并转化为其他形式能量的过程。
当光在介质中传播时，会与介质中的原子、分子或晶格相互作用，导致一部分能量被吸收。
光的吸收对于光学器件的性能具有重要影响。
在光电子器件中，如太阳能电池，光的吸收是将太阳能转化为电能的关键步骤。
因此，提高光的吸收效率是提高太阳能电池转换效率的关键。
此外，在激光器中，吸收会导致光功率的损耗，影响激光器的输出功率和效率。
吸收还可以产生其他光学效应。
例如，在光谱学中，物质的吸收特性可以通过吸收谱来研究。
吸收谱可以提供物质的能带结构、能级跃迁和物质的光学性质等信息。
在红外光谱分析中，吸收谱可以用于检测和鉴定物质，具有广泛的应用价值。
综上所述，光的散射和吸收是光学中的重要概念，它们对于光的传播和光学器件的性能具有重要影响。
光散射_精品文档
新型光散射技术不断涌现
表面增强拉曼散射（SERS）
01
通过纳米结构增强拉曼散射信号，提高检测灵敏度。
相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）
02 利用两束激光的相干作用，实现高灵敏度和高分辨率
的光谱分析。
光子晶体光纤光散射
03
利用光子晶体光纤的特殊结构，实现光散射信号的增
强和调控。
水体污染程度评估
光散射原理
水体中的污染物（如悬浮物、有机物 、重金属等）会对入射光产生散射作 用，散射光的特性与污染物的种类和 浓度有关。
评估方法
应用领域
水体污染程度评估在水质监测、水环 境保护、水资源管理等领域具有重要 意义。
通过分析水体散射光的强度、偏振状 态等光学特性，可以判断水体的污染 程度和污染物的类型。
其他因素
除了波长和粒子尺寸外，介质的折射率、密度以及温度等因素也会影响 散射光强度。
02
瑞利散射与米氏散射
瑞利散射理论及应用
瑞利散射理论
瑞利散射是指光波长远大于散射粒子尺寸时发生的散射现 象。此时，散射强度与波长的四次方成反比，因此蓝光比 红光更易散射。
大气中的瑞利散射
天空呈现蓝色即是大气中瑞利散射的结果。阳光中的短波 （蓝光）被大气中的气体分子强烈散射，而长波（红光） 则较少散射，使得天空呈现蓝色。
瑞利散射在生物学中的应用
瑞利散射可用于生物组织的光学性质研究，如细胞成像和 荧光显微镜中的光散射分析。
米氏散射理论及应用
米氏散射理论
米氏散射是指光波长与散射粒子尺寸相当时发生的散射现象。此时，散射强度与波长、粒 子尺寸和折射率有关。
大气中的米氏散射
云层的光学性质主要由米氏散射决定。水滴和冰晶等较大粒子对阳光的散射遵循米氏散射 理论，使得云层呈现白色或灰色。
光散射
光散射1光散射产生的机理如果媒质的均匀性遭到破坏，即尺度达到波长数量级的邻近媒质小块之间在光学性质上（如折射率）有较大差异，在光波作用下，它们将成为强度差别较大的次波源，而且从它们到空间各点已有不可忽略的光程差，这些次波相干叠加的结果，光场中的强度分布将与上述均匀媒质情形有所不同，这时，除了按几何光学规律传播的光线外，其他方向或多或少也有光线存有，这就是散射光，即产生了散射。
对于不均匀形态较大的媒质，光散射也可看作是反射和折射的综合结果。
散射光强除了与入射光的波长、散射角相关外，还与散射体材料的折射率（N）和机体材料的折射率相关。
目前，关于散射光强的计算理论，发展还不十分完善。
计算散射光强，最简单的近似理论为Rayleigh-Gans-Debye(RGD)理论。
对于半径较大或折射率较大的粒子，要用Mie理论来计算光强。
如果粒子达到Mie理论不适用时，就要用传统的射线光学来处理。
下面的公式可以用于聚合物光散射材料散射光强的近似计算：Iv=KI0R3π3λ0-4(n2B-n2)［1+（8/3）2R2υ2sin2(θ/2)］-2式中，K为常数，υ=2π/λ，λ为光在介质中的波长，λ0为光在真空中的波长，θ为光散射角，n是介质的平均折射率：n=nAVA+nBVB。
2光散射材料的分类根据散射机理的不同可以将光散射材料分为：面散射材料和体散射材料。
传统的光散射材料大多为面散射材料，采用面散射机理，即将透明板材或其它形状制品的一个表面(一般为内表面)打磨，涂层或将其成型模具的相对应面做喷砂或刻痕处理，利用它们粗糙的表面来产生光散射。
这种材料的一个显著缺点是：它不能较好地兼顾材料的光散射性和透明性，综合性能较差。
因而大大限制了它的应用范围。
体散射材料多为分散有光散射体的透明合成材料，起散射作用的散射体的尺寸等于或大于可见光波长。
这种材料应用了整体散射机理：即材料的内部与表面均起散射作用，能够很好地克服面散射所固有的弱点，制品具有高的光散射性，较好的透明性及优异的综合性能。
光的散射与散射现象的解释
光的散射与散射现象的解释散射是指当光射到物体上时，由于物体表面的不规则结构或物体内部的杂质、气泡等微小颗粒，光被非连续地吸收和重新放射，使光的方向发生改变。
这种光的方向改变就是散射现象。
本文将着重解释散射的原理以及散射在不同领域的应用。
一、散射原理散射现象的发生与光的波长和散射物质有关。
当光射到物体上时，与物体表面的微小颗粒发生作用，光被颗粒吸收并重新发射。
由于颗粒分布的不均匀性，吸收和重新发射的光以不同角度散射出去，从而使光的传播方向发生改变。
具体而言，散射现象遵循光线照射物体后按照出射方向分为反向散射和正向散射两种情况：1. 反向散射：当入射光与颗粒发生的散射角大于90度时，所形成的光线的传播方向与入射光线的方向在物体的同侧。
这种散射主要从物体的表面反射出来，散射的光线会保持入射光的频率和波长。
例如，白云的形成正是由于大量的水蒸气和微小的水滴对可见光的反向散射。
2. 正向散射：当入射光线与颗粒发生的散射角小于90度时，所形成的光线的传播方向与入射光线的方向在物体的异侧。
这种散射主要发生在物体内部，例如冰块、草木、玻璃等透明物质中。
二、散射现象的应用散射现象在许多领域中都有重要的应用价值。
1. 大气散射：大气散射是太阳光在大气中散射的现象。
日常观察到的大气散射表现为天空的蓝色。
太阳光中的蓝光波长较短，在大气中与气溶胶和气体分子发生散射，使得蓝光散射到我们的视线中，从而呈现出蓝色的天空。
2. 激光散射：激光散射是指激光束通过散射介质后的分散现象。
激光在大气中的散射可用于激光雷达、激光通信等领域，而在材料科学中，激光的散射现象常用于测量材料的组分和质量。
3. X射线散射：X射线散射是指X射线通过物质后的散射现象。
X射线散射常用于材料表面分析、结晶学研究以及医学影像学等领域。
根据散射角度和散射方式，可以获得目标物质的结构、成分和特性信息。
4. 生物领域中的散射：散射能提供关于生物样本中结构、组织和细胞的非侵入性信息。
光散射技术介绍
C1
C5 excess scattering
测定不同角度和不同浓度下的瑞利比值
25
单机模式—数据分析
1. 根据光散射方程，采 用全盘拟合技术 (global fit)计算： M ， rg，A2.
2. 利用Zimm图评价数 据拟合效果。
Weight average molar mass Z-average rms radius Second virial coefficient A2
- 从而计算流体力学半径，rh
5
光及其性质
光是由振动的磁场和电场组成
Z E
Y
H X
• 极化率: 方向为电场方向
• 光强度: I E 2
6
光散射是如何产生 ?
当光与物质接触时，物质中电荷被迫振动，产生偶极。
物质中电荷振动产生散射光. 物质的极化率决定了散射光强度
7
折射率 n
极化率直接与物质的折射率有关 . 折射率的计算方法如下.
11
散射光角度依赖性
观测角为0度的散射光
观测角为的散射光
分子间干涉现象导致散射光强度 随散射角度的增加而减小。
I
scattered
Mc
dn dc
2
P
12
光散射如何测定分子尺寸 Rg
为了计算散射光角度变化分布，需计 算伸展粒子中各散射中心相位的变化
P 1 16 2n02
320
sin 2
R K McP 1 2A2McP
c – 溶质浓度(g/ml)
P() –形状因子或 “散射函数”。 P() 是散射光角度变化与
粒子半径rg 关系的函数。 粒子半径rg越大，角度变化量越大。 定义 =0°时，P() = 1。 A2 – 第二维利系数，表征溶质分子与溶剂分子相互作用。 若该值为正，表明为良溶剂。
理解光的折射散射与反射大学物理基础知识
理解光的折射散射与反射大学物理基础知识理解光的折射、散射与反射：大学物理基础知识光是一种电磁波，我们在日常生活中经常会遇到光的各种现象，例如，阳光透过水面时的折射、光在空气中透过尘埃的散射以及镜面上的反射等。
这些现象都是由光的折射、散射与反射引起的。
在本文中，我们将深入探讨光的这些基本现象，以加深对光学原理的理解。
一、光的折射光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时改变传播方向的现象。
折射是由于光波在传播介质中的速度改变引起的。
根据斯涅耳定律，光线的入射角和折射角满足一个简单的关系，即入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。
这一关系可以用下式表示：n1sinθ1 = n2sinθ2其中，n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2为光线的入射角和折射角。
折射现象在我们的日常生活中非常常见，比如，当光线从空气射入水中时，就会发生折射现象。
这也解释了为什么在看水中的物体时，物体的位置会看起来比实际的位置更高。
二、光的散射光的散射是指光线在经过介质时与粒子或分子碰撞而改变方向的现象。
散射会导致光线在空气中传播时变得模糊不清。
其中，尘埃颗粒是光线散射的常见原因之一。
当太阳光穿过大气层时，与大气中的尘埃、水滴等颗粒发生散射，从而形成了我们熟悉的蓝天白云。
光的散射还可以解释为什么当你在看远处的物体时，会觉得它们模糊不清，因为光线在传播过程中遇到了更多的散射。
三、光的反射光的反射是指光线遇到一个边界时，一部分光线返回原来的介质中的现象。
光的反射可以分为镜面反射和漫反射两种。
镜面反射发生在光线遇到光滑表面时，光线返回原来的介质，并沿与入射角相等且在同一平面内的角度反射出去。
而漫反射则发生在光线遇到粗糙表面时，光线被表面的不规则形状散射反射出去。
镜子和光滑金属表面是光的镜面反射的常见例子，而纸张和木材等粗糙表面则是光的漫反射的例子。
光的反射在日常生活中扮演着非常重要的角色。
比如，我们使用镜子来进行化妆、照镜子等活动，都是基于光的反射原理。
63光的散射
由于白光中的短成分被更多地散射掉了， 由于白光中的短成分被更多地散射掉了，在直射 的日光中剩余较多的自然是长波成分了。 的日光中剩余较多的自然是长波成分了。早晚阳光以 很大的倾角穿过大气层， 很大的倾角穿过大气层，经历大气层的厚度要比中午 时大得多，从而大气的散射效应也要强烈得多， 时大得多，从而大气的散射效应也要强烈得多，这便 是旭日初升时颜色显得特别殷红的原因。 是旭日初升时颜色显得特别殷红的原因。 白云是大气 中的水滴组成的， 中的水滴组成的，因为这些水滴的半径与可见光的波 长相比已不算太小了，瑞利定律不再适用，按米-德拜 长相比已不算太小了，瑞利定律不再适用，按米 德拜 的理论， 的理论，这样大小的物质产生的散射与波长的关系不 这就是云雾呈白色的缘故。 大，这就是云雾呈白色的缘故。
一天天空变化
问：天空为什么是蓝的？旭日和夕阳为什 么是红的？云为什么是白的？
的结果。如果没有大气，即使在白昼，人们仰观天空， 的结果。如果没有大气，即使在白昼，人们仰观天空，将 看到光辉夺目的太阳悬挂在漆黑的背景中。 看到光辉夺目的太阳悬挂在漆黑的背景中。这景象是宇航 员司空见惯了的。由于大气的散射， 员司空见惯了的。由于大气的散射，将阳光从各个方向射 向观察者，我们才看到了光亮的天穹，按瑞利定律， 向观察者，我们才看到了光亮的天穹，按瑞利定律，白光 中的短波成分（蓝紫色）遭到散射比长波成分（红黄色） 中的短波成分（蓝紫色）遭到散射比长波成分（红黄色） 强烈得多，散射光乃因短波的富集而呈蔚蓝色。 强烈得多，散射光乃因短波的富集而呈蔚蓝色。瑞利曾对 天空中各种波长的相对光强作过测量， 天空中各种波长的相对光强作过测量，发现与反比律颇相 吻合。大气的散射一部分来自悬浮的尘埃， 吻合。大气的散射一部分来自悬浮的尘埃，大部分是密度 散射，后者的尺度往往比前者小得多， 涨落引起的分子 散射，后者的尺度往往比前者小得多，瑞 利反比律的作用更加明显。所以每当大雨初霁、玉宇、 利反比律的作用更加明显。所以每当大雨初霁、玉宇、澄 清了尘埃的时候，天空总是蓝得格外美丽可爱， 清了尘埃的时候，天空总是蓝得格外美丽可爱，其道理就 在这里. 在这里 首先，白昼天空之所以是亮的， 答：首先，白昼天空之所以是亮的，完全是大气散射阳光
光的散射与散射角的散射理论
光的散射与散射角的散射理论散射是一种常见的物理现象，指的是光线在经过物体或介质时改变方向，并分散到不同的角度上。
光线在物体或介质中的散射过程，可以用散射角来描述。
散射角是入射光线与散射光线之间的夹角，它在散射理论中起着重要的作用。
在开始探讨散射角的散射理论之前，我们先来了解一下光的散射过程。
当光线照射到物体表面时，会发生反射、折射和散射三种现象。
其中，光线的反射是指光线从物体表面弹回，与入射光线呈相同的角度。
光线的折射是指光线从一种介质进入到另一种介质中时，由于介质的光密度不同，光线发生了弯曲。
而光线的散射则是指光线与物体中的微小颗粒或分子相互作用，改变了光线传播的方向。
光的散射可以分为弹性散射和非弹性散射两种。
弹性散射是指光的能量在与物体中的颗粒或分子相互作用后，仍保持原有能量和频率的散射。
当光线与粒径远小于光波长的粒子发生弹性散射时，散射角度较小，可以用瑞利散射公式进行计算。
瑞利散射公式是由物理学家瑞利提出的，它通过光的波长、物体颗粒的直径以及光的折射率来计算散射角。
非弹性散射是指光的能量在与物体中的颗粒或分子相互作用后，发生能量转移和频率改变的散射。
非弹性散射常常发生在颗粒或分子比较大的物体上，如云层中的水滴、烟雾中的微粒等。
在这种散射中，散射角度较大，可以用米氏散射公式进行计算。
米氏散射公式是由物理学家米氏提出的，它考虑了光的入射角、折射率以及物体颗粒的大小，能够更准确地描述光的散射过程。
散射角的大小直接影响到物体的可见性。
当散射角较小时，光线的散射范围较小，物体看起来比较透明。
例如，透明的玻璃表面上的光线散射角度较小，因此我们能够清晰地看到后面的物体。
而当散射角较大时，光线的散射范围较大，物体看起来比较模糊。
例如，湖面上的雾气会使光线发生较大的散射，导致我们无法清晰地看到对岸的景色。
除了光在物体表面的散射之外，光也可以在大气中发生散射。
大气散射是指太阳光经过大气层时，与大气中的颗粒、分子发生散射，导致蓝天、云彩、日出日落时的红光等自然现象的产生。
8.4光的散射
(4) 散射与衍射的区别
衍射对应于介质表面或体内个别几何线度与波长 相当的非均匀区域，散射对应于大量排列无规则且几 何线度略小于波长的非均匀区域的集合。
③ 对于足够大的粒子，散射光强基本上与波长无关， 此时的散射称为大粒子散射，可看作是米氏散射的 极限状态。
散
射瑞 光利 强区
米氏区
0
2
4
6
8
10 a/l
图7.3-4 瑞利散射和米氏散射
4 拉曼散射与布里渊散射 (1) 拉曼的实验结果（1928） 拉曼实验：观察到频率发生改变的散射现象
入射光频率：n 0 散射光频率：n 0 , n 0±n 1 , n 0±n 2 , ···
(4) 布里渊散射 布里渊散射：入射光子与声学声子相互作用过程产生的 散射现象
声学声子：分子的一些处于声频量级的较低固有频率
布里渊散射的特点：所产生的散射光子的频移要比拉 曼散射小很多
说明：
由于散射光的频率是入射光的频率与散射分子固 有频率联合而成，故拉曼散射又称为联合散射。
拉曼散射或布里渊散射中，一个光子每次只能与 一个声子交换能量，故散射光子的频率改变量取 一些分立值，这个值正好对应着散射分子的某个 固有频率。利用拉曼散射或布里渊散射可以研究 物质的结构特性，并且也可以此作为原理制作出 大范围的分布式光纤温度传感器。
要求散射微粒的线度小于光波波长，当散射微粒 的线度接近或大于波长时，如高空中云层的散射， 瑞利散射定律将不再适用。
光的散射
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（4）喇曼散射的应用
能迅速测定分子的固有频率，判断 分子的对称性，分子内部的力的大小及 一般有关分子动力学的性质。 分子光谱本在红外波段，喇曼效应 把它转到可见光和紫外波段来研究，它 已成为分子光谱学中红外吸收方法的一 个重要补充，是光谱学中的一个分支。
15
2
3、散射与衍射、反射和折射之间的关系 ① 惠更斯次波源假说； ② 散射的次波波源是真实存在的——分 子 中的电子作受迫振动，发出相干光； ③ 均匀媒质中，次波相干迭加的结果只 剩下遵循几何光学规律的光线，沿其余 方向的振动完全抵消； ④ 非均匀媒质中，次波相干迭加的结果， 除了按几何光学规律传播的光线外，其 它方向或多或少也有光线存在——散射 光。
12
三、喇曼散射
1、瑞利散射不改变原入射光的频率，在液体和 晶体内的散射时，发现散射光中除了与入射 光原有频率ω0相同的瑞利散射线外，普线两 侧还有频率为ω0 ± ω1 、 ω0 ± ω2 、 …等散 射线存在，这种现象称为喇曼散射。 2、喇曼光谱 （1）在每条原始入射谱线（频率ω0 ）两旁都 伴有频率差相等的散射谱线，在长波一侧的 （频率为ω0 － ωj ）称为红伴线或斯托克斯线， 在短波一侧的（频率为ω0 ＋ ωj ）称为紫伴线 或反斯托克斯线。
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3、Байду номын сангаас什么天空是蓝的、旭日和夕阳是 红的、而白云是白的？ 结合瑞利 λ4反比散射定 律与德拜理论 进行解释。
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•
中科院紫金山天文台研究员王思潮解释，“红月亮”归功于 暗红色的光，其实就是照射到月面上的太阳光。在地球周围有层 像薄纱似的透明度较好的大气层，阳光从地球侧面的大气中穿行 时，是先从空间进入大气层，然后，又由大气层进入空间，这样 就产生了两次折射，结果和光线透过凸透镜相仿，有点向内弯， 向地心方向偏折的聚合光线就照到月亮上去了。 • 王思潮进一步解释，太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、 紫各种颜色的光线混合成的。当太阳光经过地球上的大气层被折 射到地球背后影子里去的时候，它们都受到大气层中极其微小的 大气分子的散射和吸收。像黄、绿、蓝、靛、紫等色的光波比较 短，在大气中受到的散射影响比较大，它们大部分都向四面八方 散射掉了；红色的光线波长比较长，受到散射的影响不大，可以 通过大气层穿透出去,折射到躲在地球影子后面的月亮上。所以， 在月全食时，公众看到的月亮是暗红色的，即所谓的“红月亮”。 • 王思潮表示，虽然不如日全食时天空一片漆黑那么壮观，但 月全食时，“红月亮”也是非常美妙的场景，非常值得观测。
光散射的基本理论
绪论（一）电磁散射及吸收的物理基础：任何系统的电磁散射和吸收都和该系统的特性有关：比如，有关散射分子的大小或分子群的规模等的特性。
其实，尽管有这些具体的特性，其中隐藏的物理本质是相同的。
物质都是由质子和电子这些分离的电荷所构成。
当一个障碍物(其可为一个电子或质子、一个原子或分子、一个固态或液态微粒)被一束电磁波所照射时，障碍物中的电荷都会被入射波的电场激发而定向移动。
加速的电荷将向周围辐射电磁能；这种二次辐射正是我们所讨论的“障碍散射”：散射= 消光+ 再辐射(其中，“再辐射”、“二次辐射”及“激发辐射”是对同一个概念的不同称谓)。
激发的电荷元除二次辐射电磁能外，还可能会将入射的电磁能转化为诸如热能的其它能量形式，这一过程被称为“吸收”。
散射和吸收并非毫不相关的两过程，因此，为了简略起见，我们常只称所讨论的问题为“散射”，而同时在这一概念中暗含“吸收”。
（二）物质波的散射及微粒的散射：在一定程度上可以认为除真空外任何物质均为非均匀的。
即使在我们通常所认为均匀的介质(例如纯净气体、固体或液体)中，仍能通过使用高精度的探针分辨出各处(原子或分子)的不均匀性能。
因此，所有的介质均散射电磁波。
实际上，好多我们平时并不以“散射”来考察的问题实质上都是散射的结果。
例如其中有：(1)粗糙表面的漫反射；(2)尖劈、边缘或光栅的衍射；和(3)光学光滑界面处的反射和折射。
此处，我们遇到的是一个电磁的多体问题：散射分子的耦合！这种问题的净结果(依据适当的近似)就是在介质内部次波相互叠加而使得折射波以速度c/n传播。
结果介质内部入射波完全消散，即所谓的艾瓦德—欧昔姆消散定理(Ewald-Oseem extinction theorem)；介质外部次波叠加而形成反射波。
通常的对波束与光学光滑的界面相互作用的分析中，只是假定折射介质是完全同性均匀的——而实际上，那只可认为是“统计上均匀的”。
那即为，对给定体积元，平均分子数是不变的；但对一指定的体积元，在不同的瞬间，其所含的分子数是不同的。
光的散射与散射光为何我们能看到散射的光
光的散射与散射光为何我们能看到散射的光光是一种电磁波，它可以在真空和透明介质中以光速传播。
当光与物体相互作用时，它会发生散射现象，这是光在物体表面或体内被吸收和重新发射的过程。
本文将介绍光的散射及为何我们能看到散射的光，并探讨一些相关的现象和原理。
一、光的散射现象光的散射是指光在经过一个不透明或半透明物体时，由于介质内部存在着原子、分子或微粒，光遇到这些微粒时会发生偏转和扩散的现象。
光可以被散射到不同的方向，并且在散射过程中会出现颜色的变化，这取决于光的波长和微粒的尺寸。
在纯净的空气中，光的散射现象不太明显。
然而，当光通过烟雾、尘埃、水滴等微粒较多的介质时，散射现象就会变得明显起来。
例如，在阳光穿过云层时，我们能够看到云层呈现出美丽的颜色，这就是光的散射现象。
二、散射光的成像原理我们为何能够看到散射的光呢？这涉及到散射光的成像原理。
当光遇到微粒时，它会散射到不同的方向，其中的一部分光进入我们的眼睛，而另一部分光会经过多次散射后才到达我们的眼睛。
所以，当光线进入我们的眼睛时，我们就能够看到散射的光。
散射光的成像原理还与散射角度有关。
如果散射角度很小，光线会基本上沿着直线散射，这种散射光我们称之为弥散光。
而如果散射角度较大，光线会以不同的角度散射，这样产生的散射光就可以形成我们所看到的物体的形象。
例如，夜晚的路灯就是利用散射光的成像原理，将光线以不同的角度照射在道路上，从而使人们能够清晰地看到道路和周边环境。
三、散射光的颜色光的散射不仅会使光线改变传播方向，还会使光的颜色发生变化。
这是因为光的波长决定了其颜色，而微粒的尺寸决定了散射光的波长。
当光经过物体表面时，与物体表面上微小颗粒发生相互作用，较短波长的光（如蓝光）更容易因相互作用而散射，而较长波长的光（如红光）则相对较少受到散射的影响。
因此，当我们观察散射光时，我们会发现光的颜色偏向蓝色。
这就是为什么天空呈现出蔚蓝色，因为阳光中的蓝光会被大气中的气溶胶散射出来，从而使天空呈现出蓝色。
《光的散射课件》课件
02
光的散射理论
米氏-摩雷森散射理论
总结词
米氏-摩雷森散射理论是描述光与大气中粒子相互作用的理论，它解释了天空 颜色的成因。
详细描述
米氏-摩雷森散射理论指出，当光线遇到大气中的粒子时，会发生散射现象。这 种散射遵循一定的规律，使得天空呈现蓝色或白色。该理论还解释了为什么日 落时天空会呈现红色。
瑞利散射理论
总结词
瑞利散射理论是基于光的波动性质来描述散射现象的理论。
详细描述
瑞利散射理论指出，当光线遇到比波长小的粒子时，会发生 散射现象。这种散射遵循一定的规律，使得光线在散射后方 向发生改变，同时光强减弱。该理论还解释了天空颜色的成 因以及云朵的白色外观。
几何光学散射理论
总结词
几何光学散射理论是利用几何学方法描述光在物体表面散射的理论。
散射原理
光的散射原理涉及到光学、电磁学和量子力学等多个学科领域。根据不同的散射机制，可 以分为几何光学散射、物理光学散射和量子光学散射等。
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光的散射课件
• 光的散射现象 • 光的散射理论 • 光的散射实验 • 光的散射应用 • 光的散射问题与展望 • 参考文献
01
光的散射现象
光的散射定义
光的散射定义
当光在介质中传播时，由于光波与介质中微粒的相互作用 ，使得光线的方向发生改变，这种现象称为光的散射。
光的散射的物理机制
光波在介质中传播时，会与介质中的微粒（如分子、原子 、离子等）发生相互作用，这种相互作用导致光波的能量 分散到各个方向，形成散射现象。
理论模型的不完善
尽管光的散射理论已经取得了一 定的进展，但仍存在一些未解决 的问题，如散射过程中的量子效
光的散射
要点：
•
• •
光的散射现象
四种主要散射的特点 四种散射的对比
1.光的散射现象
当光束透过均匀的透明介质时，除传播方向外， 是看不到光的，而当光束通过浑浊的液体或穿过 灰尘弥漫的空间时，就可以在侧面看到光束的轨 迹，即在光线传播方向以外能够接收到光能。这 种光束通过不均匀介质所产生的偏离原来传播方 向，向四周散射的现象，就是光的散射。
线的正前方，此时太阳光在大气中要
走相对很长的路程，你所看到的直射 光中的蓝光大量都被散射了，只剩下 红橙色的光，这就是为什么日落时太 阳附近呈现红色，而云也因为反射太 阳光而呈现红色，但天空仍然是蓝色 的，只能说是非常昏暗的蓝黑色。
红色 夕阳
瑞利散射光强分布
•
瑞利散射光强依空间方位呈 哑铃形角分布.设入射光是 自然光,则在与入射光方向 呈θ角(习惯上称为散射角) 的方向上,散射光强为
撞时，分子的振动能量或转动能量和光子能量叠加的结果，利用喇曼
光谱可以把处于红外区的分子能谱转移到可见光区来观测。因此喇曼 光谱作为红外光谱的补充，是研究分子结构的有力武器
3. 四种散射的对比
类别 定义 现象
散射光波矢k 变化，但波 长不变化
瑞利散射
半径比光或其他电磁辐射的波长小 很多的微小颗粒对入射光束的散射
•
I(θ)=IP/2(1+cos2θ)
•
其中IP/2为垂直于入射光即
θ=P/2方向的散射光强,散
射光强分布如图所示。
2.2 米氏散射
米式散射（Mie scattering）是由德国物理学家古斯塔夫•米于 1908年提出的。 当微粒半径的大小接近于或者大于入射光线的波长λ的时候，大 部分的入射光线会沿着前进的方向进行散射，这种现象被称为米式散 射。
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定义：
光 的 散 射
当光通过光学性质不 均匀的物质时，从侧 向都可以看到光的现 象叫光的散射。
分 类
线性米 瑞氏 利散 散射 射： ：线 线度 度ll
/ 10
非线性 拉曼散射 自 受发 激拉 拉曼 曼散 散射 射 布里渊散射
瑞利散射：散射粒子的线度小于光的波长的十分之一
米氏散射：散射粒子的线度与光波长同量级或大于光 波波长的散射
清晨日出或傍晚日落时，太阳呈红色
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非均匀介质中的散射
光学性质的不均匀： （1）均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒 （2）物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集
例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液、毛玻璃等。
特征：
杂质微粒的线度小于光波长，相互间距大于波长， 排列毫无规则，在光照下的振动无固定位相关系，任何 点可看到它们发出次波的迭加，不相消，形成散射光。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
瑞利散射
1.瑞利散射：l 的微粒对入射光的散射现象。
2.瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比，
即： I f ()4
f为(光) 源中强度按波长l的 分布函数
3.应用：红光散射弱、穿透力强 （信号旗、信号灯） →红外线（遥感等）
分子散射
定义：由于物质分子密度的涨 落而引起的散射叫分子散射。
现象： 白昼的天空是亮的 晴朗的天空呈浅蓝色
散射和反射，漫射和衍射的区别
1.散射与直射、反射及折射的区别：“次波”发射中心排 列的不同,散射时无规则，而后者有规则。 2.散射与漫反射的区别：次波中心的排列仍有某些不同的 方向性 3.散射与衍射的区别：
衍射：因个别的不均匀区域（孔、缝、小障碍等）所形 成的，不均匀区域范围大小≈。
散射：大量排列不规则的非均匀小“区域”的集合所形 成的，非均匀小区域的线度<。