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光散射分类 根据散射前后光子能量（或光波波长）变化与否，分为弹性散射与非弹性散射 弹性散射：散射前后光的波长（或光子能量）不发生变化，只改变方向的散射。 非弹性散射：当光通过介质时，从侧向接受到的散射光主要是波长（或频率）不发生变化的瑞利散射光，属于弹性散射。当使用高灵敏度和高分辨率的光谱仪，可以发现散射光中还有其它光谱成分，它们在频率坐标上对称地分布在弹性散射光的低频和高频侧，强度一般比弹性散射微弱地多。这些频率发生改变的光散射是入射光子与介质发生非弹性碰撞的结果，称为非弹性散射。 一、弹性散射分类 按照散射中心尺度a0与入射光波长λ是大小，分为三类： 1. 廷德尔散射 Tyndall Scattering (J.Tyndall，1820-1893) 当a0?λ时，σ→0 即散射中心的尺度远大于光波波长时，散射光强与入射光波长无关 如粉笔灰、白云呈白色 例如在胶体、乳浊液以及含有烟、雾 或灰尘的大气中的散射。 光散射分类 2. 米氏散射 Mie Scattering 当a0与λ相近时，σ=0-4 即散射中心的尺度与光波波长可以比拟时， σ在0-4之间,具体取值与散射中心有关. 米氏散射性质比较复杂。 光散射分类 3. 瑞利散射 Rayleigh scattering 当a0?λ时，σ=4 即当散射中心的线度远小于入射光的波长时，散射强度与波长的4次方成反比 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。 光散射分类 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 这就是瑞利散射定律。 光散射分类 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。 光散射分类 3. 瑞利散射 按照瑞利散射定律，我们不难理解晴天时晨阳与午阳的颜色不同。 入射波长越长，散射光强越小，即长波散射（红橙色光）要小于短波散射（蓝紫色光）。 因为大气及尘埃对光谱上蓝紫色光的散射比红橙色光为甚，阳光透过大气层越厚，其中蓝紫色光成分损失越多，太阳显得越红。 光散射分类 Global 早晨 中午 太阳光 1672年牛顿首先利用棱镜的色散现象，把日光分解成了彩色光带。 棱镜的折射率为 在棱镜顶角A已知的条件下，通过最小偏向角δm的测量，利用上式可以得到棱镜材料对该波长的光的折射率n。用各种波长λ的光入射，即可得到δm和n随波长λ的变化关系。 测量不同波长光线通过棱镜的最小偏向角，就可以算出棱镜材料的折射率n与波长λ之间的关系曲线，即色散曲线。 实验表明，凡在可见光范围内无色透明的物质，它们的色散曲线在形式上很相似，这些曲线的共同特点是，折射率n以及色散率dn/dλ的数值都随着波长的增加而单调下降，在波长很长时折射率趋于定值，这种色散称为正常色散（normal dispersion）。 正常色散 一、定义 实验表明，在发生强烈吸收的波段，色散曲线发生能量明显的不连续，折射率n随着波长的增加而增大，即dn/dλ 0，这种在吸收带附近不符合科希公式，与正常色散曲线大不相同的特征称之为反常色散（anomalous dispersion） 尽管通常把这种色散称为反常色散，但实际上它反映了物质在吸收区域内所普遍遵从的色散规律。 大多数材料在遇到吸收带时，色散曲线都有这种不连续的性质。在吸收区域以外，物质的色散曲线仍属于正常曲线。 反常色散 三、反射 当光线由介质1入射到介质2时，光在介质面上分成了反射光和折射光。 反射率R 光疏介质和光密介质 全反射：当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角时，光线被100%反射的现象。此时不再有折射光线，入射光的能量全部回到第一介质中。 临界角： 光纤导光原理：全反射 光的全反射 光纤结构示意图 纤芯：5?75μm掺杂的SiO2，n一定或随半径增加而减小。 包层: 总直径为100 ? 200μm,折射率稍小于纤芯的掺杂的SiO2。 涂敷层：硅铜或丙烯酸盐，隔离杂光。 护套：尼龙或有机材料，增加强度，保护