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光的散射原理

時(shí)間:2016/8/29閱讀:4376
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在光學(xué)性質(zhì)均勻的介質(zhì)中或兩種折射率不同的均勻介質(zhì)的界面上,無論光的直射、反射或折射,都于在特定的一些方向上,而在其他方向光強(qiáng)則等于零,光線將沿原有的方向傳播而不發(fā)生散射現(xiàn)象。當(dāng)光線從一均勻介質(zhì)進(jìn)入另一均勻介質(zhì)時(shí),根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,它只能沿著折射光線的方向傳播,這是由于均勻介質(zhì)中偶極子發(fā)出的次波具有與人射光相同的頻率,并且偶極子發(fā)出的次波間有一定的位相關(guān)系,它們是相干的,在非折射光的所有方向上相互抵消,所以只發(fā)生折射而不發(fā)生散射。但當(dāng)光線通過不均勻的介質(zhì)而偏離其原來的傳播方向,發(fā)生光的散射。
    光學(xué)性質(zhì)的不均勻可能是由于均勻物質(zhì)中散布著折射率與它不同的其他物質(zhì)的大量微粒,也可能是由于物質(zhì)本身的組成部分(粒子)的不規(guī)則聚集;例如塵埃、煙、霧、懸浮液、乳狀液以及毛玻璃等。這種渾濁物質(zhì)的特征是:這些雜質(zhì)微粒的線度一般來說比光的波長(zhǎng)小,它們彼此之間的距離比波長(zhǎng)大,而且排列毫無規(guī)則。因此,它們?cè)诠庾饔孟碌恼駝?dòng)彼此間沒有固定的相位關(guān)系。在任何觀察點(diǎn)所看到的總是它們所發(fā)出的次級(jí)輻射的不相干疊加,各處均不會(huì)相消,從而形成了散射光。
    如果在均勻介質(zhì)中摻入一些大小為波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)且雜亂分布的顆粒物質(zhì),它們的折射率與周圍均勻介質(zhì)的折射率不同,如膠體溶液、懸乳液、乳狀物等,原來均勻介質(zhì)的光學(xué)均勻性遭到破壞,次波干涉的均勻性也受到破壞。這種含有不均勻無規(guī)則分布的顆粒物質(zhì)的介質(zhì)引起了光的散射,稱為丁達(dá)爾散射(Tyndall)。
    有些介質(zhì)表面看來均勻純凈,但在均勻介質(zhì)內(nèi)部由于密度的起伏(介質(zhì)中存在著局部密度和平均密度之間統(tǒng)計(jì)性的偏離)而破壞了其光學(xué)均勻性,也會(huì)引起光的散射,例如大氣散射,這種散射稱為分子散射。當(dāng)物質(zhì)處在氣、液二相的臨界點(diǎn)時(shí)密度漲落很大,光波照射其上就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的分子散射,這種散射光稱為臨界乳光。
    上述二種散射(丁達(dá)爾散射和分子散射),其散射光的波長(zhǎng)(或頻率)與入射光一致。除此之外,還有一種散射,稱為拉曼散射,其散射光中除了存在與入射光相同波長(zhǎng)(或頻率)的成分外,還存在其他波長(zhǎng)(或頻率)的散射。

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