光的散射
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正午的太阳
散射
地球 大气层
正午太阳直射,穿过大气层厚度最小, 阳光中被散射掉 的短波成分不太多, 因此基本上呈白色或略带黄橙色。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
早晚的阳光斜射,穿过大气层的厚度比正午时厚得多, 大气散射掉的短波成分,透过长波成分，所以旭日和 夕阳呈红色。
沿着入射光方向或逆着入射光方向，散射光为自然光； 在垂直入射光方向的 y 轴和 z 轴上，散射光为线偏振 光；其余方向上的散射光，均为部分偏振光。
y
P
z
e
x
7.4.3 米氏散射 (Mie scattering) 当散射粒子的尺寸接近或大于波长时,其散射规律与 瑞利散射不同。
米氏提出了悬浮微粒线度可与入射光波长相比拟时 的散射理论，称为米氏散射。
I() 为相应于某一观察方向(与入射光方向成角)的
散射光强度。该式说明，光波长愈短，其散射光强 度愈大，由此可以说明许多自然现象。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) 天空为什么呈现蓝色呢?由瑞利散射定律可以看出在 由大气散射的太阳光中，短波长光占优势。
I()14 (28)
入射光方向
观察方向
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) 由于散射光两个振动分量的大小与散射方向有关,所 以散射光的偏振态随散射方向不同而异。
I()IzIy A02(1cos2) Ii(1cos2) (29)
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
光的散射
7.4.1 光的散射现象 (Scattering phenomena of light) 根据散射光的波矢K 和波长的变化与否，将散射分 为两大类：
一类散射是散射光波矢 K 变化，但波长不变化(瑞 利散射，米氏散射和分子散射)；
另一类是散射光波矢 K 和波长均变化(喇曼散射， 布里渊散射等)。
假设考察位于 xey 面内的 P 点，散射光方向 eP与入
射光方向成 角，则其两个光振动分量的振幅分别为
Az＝Az＝A0 和 Ay＝Aycos＝A0cos。
y y
P
z
e
Ay P
Ay
x
x
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
散射光强度 I()为
I()IzIy A02(1cos2) Ii(1cos2) (29)
米氏散射的主要特点是： ①散射光强与偏振特性随散射粒子的尺寸变化。
②散射光强随波长的变化规律是与波长 的较低幂次
成反比，即
I()1n (33)
n＝1，2，3。N 的具体取值取决于微粒尺寸。
7.4.3 米氏散射 (Mie scattering)
③散射光的偏振度随 r / 的增加而减小,这里 r 是 散射粒子的线度， 是入射光波长。
(1/5～1/l0) 的浑浊介质。
亭达尔从实验上总结出了一些规律，因此，这一类 现象叫亭达尔效应。这些规律其后为瑞利在理论上 说明，所以又叫瑞利散射。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) 瑞利散射的主要特点： ①散射光强度与入射光波长的四次方成反比，即
I()14 (28)
7.4.4 分子散射 (Molecular scattering)
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
有些光学不均匀性十分显著的介质能够产生强烈的 散射现象，这类介质一般称为“浑浊介质” 。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
亭达尔等人最早对浑浊介质的散射进行了大量的 实验研究,尤其是微粒线度比光波长小,即不大于
自然光沿 x 方向入射到介质的带电微粒 e 上，使其 作受迫振动。
y
P
z
e
x
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
图中的入射光可分解为沿 y 方向和 z 方向的两个光振 动，其振幅相等，Ay＝Az＝A0。
y
P
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
z
e
x
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
z
7.4.3 米氏散射 (Mie scattering)
小水滴在可见光范围内产生的散射属于米氏散射, 其 散射光强与光波长关系不大, 所以云雾呈现白色。
7.4.4 分子散射 (Molecular scattering) 光在浑浊介质中产生瑞利散射和米氏散射之外，纯 净介质中也产生散射。
这就是在纯净介质中，因分子热运动引起密度起伏 引起介质光学性质的非均匀所产生光的散射, 称为分 子散射。
④随着悬浮微粒线度的增大，沿入射光方向的散射 光强将大于逆入射光方向的散射光强。
7.4.3 米氏散射 (Mie scattering) 当微粒线度约为1/4波长时,散射光强角分布如图所
示,此时 I() 在 = 0 和 = 处的差别尚不很明显。
z
当微粒线度继续增加时,在 ＝0 方向的散射光强明显
占优势，并产生一系列次极大值。
红光波长( ＝720nm)为紫光波长(＝400nm ) 的1.8
倍,因此紫光散射强度约为红光的(1.8)4≈10 倍。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
太阳散射光在大气层内层,蓝色的成分比红色多,使天 空呈蔚蓝色。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) 为何正午的太阳基本上呈白色,而旭日和夕阳却呈红色?
射光强 I( ) 与 (1+cos2) 成正比。
入射光方向
观察方向
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) ③散射光是偏振光（完全偏振光或部分偏振光），该 偏振光的偏振度与观察方向有关。
瑞利散射光的光强度角分布和偏振特性起因于散射 光是横电磁波。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
红光透过散射物的穿透力比蓝光强，所以在拍摄薄雾 景色时，可在照相机物镜前加上红色滤光片以获得更 清晰的照片。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
红外线穿透力比可见光强，常被用于远距离照相或 遥感技术。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) ②散射光强度随观察方向变化。自然光入射时，散
散射
地球 大气层
正午太阳直射,穿过大气层厚度最小, 阳光中被散射掉 的短波成分不太多, 因此基本上呈白色或略带黄橙色。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
早晚的阳光斜射,穿过大气层的厚度比正午时厚得多, 大气散射掉的短波成分,透过长波成分，所以旭日和 夕阳呈红色。
沿着入射光方向或逆着入射光方向，散射光为自然光； 在垂直入射光方向的 y 轴和 z 轴上，散射光为线偏振 光；其余方向上的散射光，均为部分偏振光。
y
P
z
e
x
7.4.3 米氏散射 (Mie scattering) 当散射粒子的尺寸接近或大于波长时,其散射规律与 瑞利散射不同。
米氏提出了悬浮微粒线度可与入射光波长相比拟时 的散射理论，称为米氏散射。
I() 为相应于某一观察方向(与入射光方向成角)的
散射光强度。该式说明，光波长愈短，其散射光强 度愈大，由此可以说明许多自然现象。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) 天空为什么呈现蓝色呢?由瑞利散射定律可以看出在 由大气散射的太阳光中，短波长光占优势。
I()14 (28)
入射光方向
观察方向
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) 由于散射光两个振动分量的大小与散射方向有关,所 以散射光的偏振态随散射方向不同而异。
I()IzIy A02(1cos2) Ii(1cos2) (29)
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
光的散射
7.4.1 光的散射现象 (Scattering phenomena of light) 根据散射光的波矢K 和波长的变化与否，将散射分 为两大类：
一类散射是散射光波矢 K 变化，但波长不变化(瑞 利散射，米氏散射和分子散射)；
另一类是散射光波矢 K 和波长均变化(喇曼散射， 布里渊散射等)。
假设考察位于 xey 面内的 P 点，散射光方向 eP与入
射光方向成 角，则其两个光振动分量的振幅分别为
Az＝Az＝A0 和 Ay＝Aycos＝A0cos。
y y
P
z
e
Ay P
Ay
x
x
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
散射光强度 I()为
I()IzIy A02(1cos2) Ii(1cos2) (29)
米氏散射的主要特点是： ①散射光强与偏振特性随散射粒子的尺寸变化。
②散射光强随波长的变化规律是与波长 的较低幂次
成反比，即
I()1n (33)
n＝1，2，3。N 的具体取值取决于微粒尺寸。
7.4.3 米氏散射 (Mie scattering)
③散射光的偏振度随 r / 的增加而减小,这里 r 是 散射粒子的线度， 是入射光波长。
(1/5～1/l0) 的浑浊介质。
亭达尔从实验上总结出了一些规律，因此，这一类 现象叫亭达尔效应。这些规律其后为瑞利在理论上 说明，所以又叫瑞利散射。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) 瑞利散射的主要特点： ①散射光强度与入射光波长的四次方成反比，即
I()14 (28)
7.4.4 分子散射 (Molecular scattering)
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
有些光学不均匀性十分显著的介质能够产生强烈的 散射现象，这类介质一般称为“浑浊介质” 。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
亭达尔等人最早对浑浊介质的散射进行了大量的 实验研究,尤其是微粒线度比光波长小,即不大于
自然光沿 x 方向入射到介质的带电微粒 e 上，使其 作受迫振动。
y
P
z
e
x
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
图中的入射光可分解为沿 y 方向和 z 方向的两个光振 动，其振幅相等，Ay＝Az＝A0。
y
P
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
z
e
x
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
z
7.4.3 米氏散射 (Mie scattering)
小水滴在可见光范围内产生的散射属于米氏散射, 其 散射光强与光波长关系不大, 所以云雾呈现白色。
7.4.4 分子散射 (Molecular scattering) 光在浑浊介质中产生瑞利散射和米氏散射之外，纯 净介质中也产生散射。
这就是在纯净介质中，因分子热运动引起密度起伏 引起介质光学性质的非均匀所产生光的散射, 称为分 子散射。
④随着悬浮微粒线度的增大，沿入射光方向的散射 光强将大于逆入射光方向的散射光强。
7.4.3 米氏散射 (Mie scattering) 当微粒线度约为1/4波长时,散射光强角分布如图所
示,此时 I() 在 = 0 和 = 处的差别尚不很明显。
z
当微粒线度继续增加时,在 ＝0 方向的散射光强明显
占优势，并产生一系列次极大值。
红光波长( ＝720nm)为紫光波长(＝400nm ) 的1.8
倍,因此紫光散射强度约为红光的(1.8)4≈10 倍。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
太阳散射光在大气层内层,蓝色的成分比红色多,使天 空呈蔚蓝色。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) 为何正午的太阳基本上呈白色,而旭日和夕阳却呈红色?
射光强 I( ) 与 (1+cos2) 成正比。
入射光方向
观察方向
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) ③散射光是偏振光（完全偏振光或部分偏振光），该 偏振光的偏振度与观察方向有关。
瑞利散射光的光强度角分布和偏振特性起因于散射 光是横电磁波。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
红光透过散射物的穿透力比蓝光强，所以在拍摄薄雾 景色时，可在照相机物镜前加上红色滤光片以获得更 清晰的照片。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering)
红外线穿透力比可见光强，常被用于远距离照相或 遥感技术。
7.4.2 瑞利散射 (Rayleigh scattering) ②散射光强度随观察方向变化。自然光入射时，散