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光的散射

王朝百科·作者佚名  2009-10-31  
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(1)定义或解释

光传播时因与物质中分子(原子)作用而改变其光强的空间分布、偏振状态或频率的过程。当光在物质中传播时,物质中存在的不均匀性(如悬浮微粒、密度起伏)也能导致光的散射(简单地说,即光向四面八方散开)。蓝天、白云、晓霞、彩虹、雾中光的传播等等常见的自然现象中都包含着光的散射现象。

(2)说明

①引起光散射的原因是由于媒质中存在着其他物质的微粒,或者由于媒质本身密度的不均匀性(即密度涨落)。

②一般由光的散射的原因不同而将光的散射分为两类:

a.廷德尔散射[1]。

颗粒浑浊媒质(颗粒线度和光的波长差不多)的散射,散射光的强度和入射光的波长的关系不明显,散射光的波长和入射光的波长相同。

b.分子散射。

光通过纯净媒质时,由于构成该媒质的分子密度涨落而被散射的现象。分子散射的光强度和入射光的波长有关,但散射光的波长仍和入射光相同。

光通过不均匀介质时部分光偏离原方向传播的现象。偏离原方向的光称散射光,散射光一般为偏振光(线偏振光或部分偏振光,见光的偏振)。散射光的波长不发生变化的有廷德耳散射、分子散射等,散射光波长发生改变的有拉曼散射、布里渊散射和康普顿散射等。廷德耳散射由英国物理学家J.廷德耳首先研究,是由均匀介质中的悬浮粒子引起的散射,如空气中的烟、雾、尘埃,以及浮浊液、胶体等引起的散射均属此类。真溶液不会产生廷德耳散射,故化学中常根据有无廷德耳散射来区别胶体和真溶液。分子散射是由于物质分子的热运动造成的密度涨落而引起的散射,例如纯净气体或液体中发生的微弱散射。

介质中存在大量不均匀小区域是产生光散射的原因,有光入射时,每个小区域成为散射中心,向四面八方发出同频率的次波,这些次波间无固定相位关系,它们在某方向上的非相干叠加形成了该方向上的散射光。J.W.S.瑞利研究了线度比波长要小的微粒所引起的散射,并于1871年提出了瑞利散射定律:特定方向上的散射光强度与波长λ的四次方成反比;一定波长的散射光强与(1+cosθ)成正比,θ为散射光与入射光间的夹角,称散射角。凡遵守上述规律的散射称为瑞利散射。根据瑞利散射定律可解释天空和大海的蔚蓝色和夕阳的橙红色。

对线度比波长大的微粒,散射规律不再遵守瑞利定律,散射光强与微粒大小和形状有复杂的关系。G.米和P.J.W.德拜分别于1908年和1909年以球形粒子为模型详细计算了对电磁波的散射,米氏散射理论表明,只有当球形粒子的半径a<0.3λ/2π时,瑞利的散射规律才是正确的,a较大时,散射光强与波长的关系就不十分明显了。因此,用白光照射由大颗粒组成的散射物质时(如天空的云等),散射光仍为白光。气体液化时,在临界状态附近,密度涨落的微小区域变得比光波波长要大,类似于大粒子,由大粒子产生的强烈散射使原来透明的物质变混浊,称为临界乳光。

波长发生改变的散射与构成物质的原子或分子本身的微观结构有关,通过对散射光谱的研究可了解原子或分子的结构特性。

波长较短的光容易被散射,波长较长的光不容易被散射

 
 
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