1、 光的散射光的散射05物理学物理学 杨振东杨振东 杨云杨云 魏旭可魏旭可 王洪超王洪超 赵凯赵凯 05海洋技术海洋技术 赵希勇赵希勇两个问题的思考两个问题的思考晴朗的天空看上去为什么总晴朗的天空看上去为什么总是蓝色的？是蓝色的？浩瀚的大海为什么也是蓝浩瀚的大海为什么也是蓝色的呢？色的呢？ 当光束通过均匀的透明介质时，从侧面是难以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，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，这种现象称匀性使光线朝四面八方
2、散射的结果，这种现象称为为光的散射光的散射。 例如，当一束太阳光从窗外射进室外内时，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。光被空气中的灰尘散射的缘故。什么是散射？什么是散射？ 几种主要的散射几种主要的散射瑞利散射瑞利散射康普顿散射康普顿散射米氏散射米氏散射拉曼散射拉曼散射瑞利瑞利散射散射（Rayleigh scattering）定义：定义：线度小于光波长的微粒对入射光的散射。一线度小于光波长的微粒对入射光的散射。一般悬浮颗粒线度为波长的十分之一，散射光强度与般悬浮颗粒线度为波长的十分
3、之一，散射光强度与光波长的四次方成反比。光波长的四次方成反比。公式：公式：表明表明波长越短，散射光强越大。波长越短，散射光强越大。瑞利401I 正午时，太阳直射地球表面，太阳光在穿过大气层时，各种波长的光都要受到空气的散射，其中波长较长的波散射较小，大部分传播到地面上。而波长较短的蓝、绿光，受到空气散射较强，天空中的兰色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色。（如右图）天空呈现蓝色的解释天空呈现蓝色的解释康普顿散射康普顿散射物质对物质对X射线的散射又称康普顿效应射线的散射又称康普顿效应。康普顿效应可归结为康普顿效应可归结为： 设入射X射线的波长为0，在散射光中除原波长的谱线外还出现波长0的谱
4、线。 波长差0随散射角（散射光与入射光间的夹角）的增加而增加；散射光中波长为的谱线强度随的增加而增强。 对不同元素的散射物质，同一散射角时的波长差均相同；波长为的谱线强度随散射元素的原子序数的增加而减弱。康普顿石墨的康普顿效应石墨的康普顿效应米氏散射米氏散射 米氏散射理论米氏散射理论：当混浊介质中悬浮微粒的限度可与入射光波长相比拟，散射光强 散射光强的角分布不再称对称分布。 随着悬浮微粒限度的增大，沿入射光方向的散射光强将大于逆入射光方向的光强。IN1瑞利散射与米氏散射瑞利散射与米氏散射 瑞利定律的适用条件是散射体的尺度比光的波长小。较大瑞利定律的适用条件是散射体的尺度比光的波长小。较大颗粒对
5、光的散射不遵从瑞利的颗粒对光的散射不遵从瑞利的的四次方反比律，为米氏散射。的四次方反比律，为米氏散射。思考思考：为什么蓝天中漂浮着为什么蓝天中漂浮着“白白”云？云？ 白云是大气中的白云是大气中的水滴组成的，因为这水滴组成的，因为这些水滴的半径与可见些水滴的半径与可见光的波长相比已不算光的波长相比已不算太小了，瑞利定律不太小了，瑞利定律不再适用，按米再适用，按米- -德拜德拜的理论，这样大小的的理论，这样大小的物质产生的散射与波物质产生的散射与波长的关系不大，这就长的关系不大，这就是云雾呈白色的缘故是云雾呈白色的缘故。 拉曼散射拉曼散射 在在X射线的康普顿效应发现以后，海森射线的康普顿效应发现以
6、后，海森堡曾于堡曾于1925年预言：可见光也会有类似的年预言：可见光也会有类似的效应。效应。 1928年，拉曼在年，拉曼在一种新的辐射一种新的辐射一文中一文中指出：当单色光定向地通过透明物质时，会有指出：当单色光定向地通过透明物质时，会有一些光受到散射。散射光的光谱，除了含有原来波长的一些光以外，一些光受到散射。散射光的光谱，除了含有原来波长的一些光以外，还含有一些弱的光，其波长与原来光的波长相差一个恒定的数量。还含有一些弱的光，其波长与原来光的波长相差一个恒定的数量。这种单色光被介质分子散射后频率发生改变的现象，称为并合散射这种单色光被介质分子散射后频率发生改变的现象，称为并合散射效应，又称
7、为拉曼效应。效应，又称为拉曼效应。拉曼拉曼拉曼散射拉曼散射：拉曼散射或联合散射拉曼散射或联合散射 在液体和晶体内的光散在液体和晶体内的光散射产生与入射光频率射产生与入射光频率v0相同的瑞利散射线外，瑞利谱线相同的瑞利散射线外，瑞利谱线两侧还有频率两侧还有频率v0v1,v0v2,等散射线等散射线 分析：分析：从经典电磁理论观点看，散射光的频率是入射光频从经典电磁理论观点看，散射光的频率是入射光频率率v0和分子振动的固有频率的联合故拉曼散射又称为联合和分子振动的固有频率的联合故拉曼散射又称为联合散射散射 应用：应用： 研究分子结构；受激拉曼散射（用激光作光源）可用研究分子结构；受激拉曼散射（用激光
8、作光源）可用于研究生物分子结构、测量大气污染等。于研究生物分子结构、测量大气污染等。 海水的颜色主要是由海水的光学性质，即海水对太阳光线海水的颜色主要是由海水的光学性质，即海水对太阳光线的吸收、反射和散射造成的。我们知道：太阳光是由红、橙、的吸收、反射和散射造成的。我们知道：太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成，七色光波长长短不一，黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成，七色光波长长短不一，从红光到紫光，波长由长渐短，其中波长长的红光、橙光、黄从红光到紫光，波长由长渐短，其中波长长的红光、橙光、黄光穿透能力强，最易被水分子所吸收。波长较短的蓝光、紫光光穿透能力强，最易被水分子所吸收。波长较短的蓝光、紫光穿透能力弱，遇到纯净海水时，最易被散射和反射。又由于人穿透能力弱，遇到纯净海水时，最易被散射和反射。又由于人们眼睛对紫光很不敏感，往往视而不见，而对蓝光比较敏感。们眼睛对紫光很不敏感，往往视而不见，而对蓝光比较敏感。 大海为什么是蓝的大海为什么是蓝的:
