瑞利散射

2017-07-11 11:49:1004:00 194
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瑞利散射

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一种光学现象,属于散射的一种情况。又称“分子散射”。粒子尺度远小于入射光波长时(小于波长的十分之一),其各方向上的散射光强度是不一样的,该强度与入射光的波长四次方成反比,这种现象称为瑞利散射。

瑞利散射规律是由英国物理学家瑞利勋爵(Lord Rayleigh)于1900年发现的,因此得名。

为了要符合瑞利散射的要求,微粒的直径必须远小于入射波的波长,通常上界大约是波长的1/10(1-300 nm),此时散射光线的强度与入射光线波长的四次方成反比,也就是说,波长愈短,散射愈强。

另外,散射的光线在光线前进方向和反方向上的程度是相同的,而在与入射光线垂直的方向上程度最低

(1)天空的颜色

由于瑞利散射的强度与波长四次方成反比,所以太阳光谱中波长较短的蓝紫光比波长较长得红光散射更明显,而短波中又以蓝光能量最大,所以在雨过天晴或秋高气爽时(空中较粗微粒比较少,以分子散射为主),在大气分子的强烈散射作用下,蓝色光被散射至弥漫天空,天空即呈现蔚蓝色。

另外,由于大气密度随高度急剧降低,大气分子的散射效应相应减弱,天空的颜色也随高度由蔚蓝色变为青色(约 8 公里)、暗青色(约 11 公里)、 暗紫色(约 13 公里)、黑紫色(约 21 公里),再往上,空气非常稀薄,大气分子的散射效应极其微弱,天空便为黑暗所湮没。可以说,瑞利散射的结果,减弱了太阳投射到地表的能量。

(2)晚霞的颜色

当日落或日出时,太阳几乎在我们视线的正前方,此时太阳光在大气中要走相对很长的路程,我们所看到的直射光中的波长较短蓝光大量都被散射了,只剩下红橙色的光,这就是为什么日落时太阳附近呈现红色,而云也因为反射太阳光而呈现红色,但天空仍然是蓝色的。

(3)海水的颜色

海水颜色即海面向上辐射的可见光所呈现的表观颜色,其与海水包含的物质成分密切相关:在清洁的大洋水中,悬浮颗粒少,粒径小,分子散射起着主要的作用,其散射服从瑞利散射定律, 呈深蓝色(峰值的波长约为 470 nm)。

应用

一个完美控制的激光束能够准确地散射于一个微粒,产生出命定性的结果。这样的状况也会发生于雷达散射,目标大多数是宏观物体,像飞机或火箭。

许多科技领域显著地应用到散射和散射理论。例如,超声波检查半导体芯片检验、聚合过程监视、电脑成像等等。

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