散射现象及其分类

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光的散射现象及其分类

当光束通过均匀的透明介质时，从侧面是难以看到光的。但当光束通过不均匀的透明介质时，则从各个方向都可以看到光，这是介质中的不均匀性使光线朝四面八方散射的结果，这种现象称为光的散射。例如，当一束太阳光从窗外射进室外内时，我们从侧面可以看到光线的径迹，就是因为太阳光被空气中的灰尘散射的缘故。

通常我们把线度小于光的波长的微粒对入射光的散射，称为瑞利散射（Rayleigh scattering）。瑞利散射不改变原入射光的频率。

在液体和晶体散射时，除了有瑞利散射外，还有一种改变了原入射光频率的散射，称为拉曼散射（Raman scattering）。

按照介质不均匀结构的性质，散射可以分为以下两大类：

(1)悬浮微粒的散射或廷德尔（J.Tyndall，1820-1893）散射，例如在胶体、乳浊液以及含有烟、雾或灰尘的大气中的散射。

(2)分子散射（molecular scattering），这是由于分子热运动造成的密度局部涨落而引起的光的散射。例如，即使是光学性质完全均匀的物质，当它处在临界点附近时，密度涨落很大，光照射在其上就会发生强烈的分子散射，这就是所谓临界乳光现象。

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瑞利散射定律

为了解释天空为什么呈蔚蓝色，瑞利（J.W.S.Rayleigh，1842-1919）研究了线度比光的波长小的微粒的散射问题，在1871年提出了散射光强与波长的四次方成反比的关系，即

Is ∝ 1/λ^4

这就是瑞利散射定律。在散射微粒的尺度比光的波长小的条件下，作用在散射微粒上的电场可视为交变的均匀场，于是散射微粒在极化时只感生电偶极矩而没有更高级的电矩。按照电磁理论，偶极振子的辐射功率正比于频率的四次方。瑞利认为，由于热运动破坏了散射微粒之间的位置关联，各偶极振子辐射的子波？不再是相干的，计算散射光强时应将子波的强度而不是振幅叠加起来。因此，散射光强正比于频率的四次方,即反比于波长的四次方。实验和理论都证明,较大的颗粒对光的散射不遵从瑞利散射定律，这时散射光强与波长的依赖关系就不十分明显了。

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图：瑞利（J.W.S.Rayleigh，1842-1919）

PS: 整理电脑，发现大学时候保存的一份同济大学马宁生教授的《光学教程》PPT，资料是好资料哇，比如这部分。

光学146

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