散射不對(duì)稱(chēng)性

入射光與介質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)間相互作用而引起的頻率發(fā)生改變的散射。1928年C.拉曼在液 體和氣體中觀(guān)察到散射光頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱(chēng)拉曼效應(yīng)或拉曼散射。拉曼散射遵守如下規(guī)律:散射光中在原始入射譜線(xiàn)(頻率為ω0)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)地伴有頻率為ω0±ωi(i=1,2,3,…)的一組譜線(xiàn)，長(zhǎng)波一側(cè)的譜線(xiàn)稱(chēng)紅伴線(xiàn)或斯托克斯線(xiàn)，短波一側(cè)的譜線(xiàn)稱(chēng)紫伴線(xiàn)或反斯托克斯線(xiàn)，統(tǒng)稱(chēng)拉曼譜線(xiàn);頻率差ωi與入射光頻率ω0無(wú)關(guān)，僅由散射物質(zhì)的性質(zhì)決定。每種物質(zhì)都有自己特有的拉曼譜線(xiàn)，常與物質(zhì)的紅外吸收譜相吻合。在經(jīng)典理論的解釋中，介質(zhì)分子以固有頻率ωi振動(dòng)，與頻率為ω0的入射光耦合后產(chǎn)生ω0、ω0-ωi和ω0+ωi三種頻率的振動(dòng)，頻率為ω0的振動(dòng)輻射瑞利散射光，后兩種頻率對(duì)應(yīng)斯托克斯線(xiàn)和反斯托克斯線(xiàn)。拉曼散射的詮釋需用量子力學(xué)，不僅可解釋散射光的頻移，還能解決諸如強(qiáng)度和偏振等問(wèn)題。

按量子力學(xué)，晶體中原子的固有振動(dòng)能量是量子化的，所有原子振動(dòng)形成的格波也是量子化的，稱(chēng)為聲子。拉曼散射和布里淵散射都是入射光子與聲子的非彈性碰撞結(jié)果。晶格振動(dòng)分頻率較高的光學(xué)支和頻率較低的聲學(xué)支，前者參與的散射是拉曼散射，后者參與的散射是布里淵散射。固體中的各種缺陷、雜質(zhì)等只要能引起極化率變化的元激發(fā)均能產(chǎn)生光的散射過(guò)程，稱(chēng)廣義的拉曼散射。按習(xí)慣頻移波數(shù)在50-1,000/厘米間為拉曼散射，在0.1-2/厘米間是布里淵散射。

米氏散射(Mie scattering)

I(λ) scattering∝I(λ)incident/λ

米氏發(fā)表了任何尺寸均勻球形粒子散射問(wèn)題的嚴(yán)格解，具有極大的實(shí)用價(jià)值，可以研究霧、云、日冕、膠體和金屬懸浮液的散射等。

當(dāng)大氣中粒子的直徑與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)發(fā)生的散射稱(chēng)為米氏散射。

這種散射主要由大氣中的微粒，如煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等引起。米氏散射的輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比，散射在光線(xiàn)向前的方向比向后的方向更強(qiáng)，方向性比較明顯。如云霧的粒子大小與紅外線(xiàn)(0.7615um)的波長(zhǎng)接近，所以云霧對(duì)紅外線(xiàn)的輻射主要是米氏散射。是故，多云潮濕的天氣對(duì)米氏散射的影響較大

散射光的波長(zhǎng)與入射光相同，而其強(qiáng)度與波長(zhǎng)λ成反比的散射，稱(chēng)瑞利散射定律，由瑞利于1871年提出。此定律成立的條件是散射微粒的線(xiàn)度小于波長(zhǎng)。若入射光為自然光，不同方向散射光的強(qiáng)度正比于1+cosθ，θ為散射光與入射光間的夾角，稱(chēng)散射角。θ=0或π時(shí)散射光仍為自然光;θ=π/2時(shí)散射光為線(xiàn)偏振光;在其他方向上則為部分偏振光。根據(jù)瑞利散射定律可解釋天空的蔚藍(lán)色和夕陽(yáng)的橙紅色。

當(dāng)散射微粒的線(xiàn)度大于波長(zhǎng)時(shí)，瑞利散射定律不再成立，散射光強(qiáng)度與微粒的大小和形狀有復(fù)雜的關(guān)系。G.米和P.德拜分別于1908年和1909年以球形粒子為模型詳細(xì)計(jì)算3對(duì)電磁波的散射。米氏散射理論表明，當(dāng)球形粒子的半徑a<0.3λ/-2π時(shí)散射光強(qiáng)遵守瑞利定律，a較大時(shí)散射光強(qiáng)與波長(zhǎng)的關(guān)系不再明顯。用白光照射由大顆粒組成的物質(zhì)時(shí)(如天空的云層等)，散射光仍為白色。氣體液化時(shí)，在臨界狀態(tài)附近由密度漲落引起的不均勻區(qū)域的線(xiàn)度比波長(zhǎng)要大，所產(chǎn)生的強(qiáng)烈散射使原來(lái)透明的物質(zhì)變混濁，稱(chēng)為臨界乳光。