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第5章 光的散射

光的散射是一种光学现象,它指的是光通过不均匀介质时部分光偏离原方向传播的现象。偏离原来方向传播的光叫做散射光,散射光实质上是一种偏振光。有的散射光的波长不发生变化,比如廷德耳散射、分子散射等;有的散射光的波长则会发生改变,比如拉曼散射、布里渊散射和康普顿散射等。

英国物理学家廷德耳首先对廷德耳散射进行了研究,他发现这种散射是由均匀介质中的悬浮粒子引起的,如空气中的烟、雾、尘埃以及浮浊液、胶体等引起的散射,这些散射在光学上都称为廷德耳散射。廷德耳散射不会在真溶液中发生,因此可以用廷德耳散射来区分胶体和真溶液。物质分子的热运动会造成物质密度的涨落,这样就会引起一种散射,这种散射叫做分子散射,如纯净气体或液体中就会发生这种散射。

一般来说,传播介质中有大量不均匀的区域存在,这是光的散射产生的原因。有光射入传播介质时,介质中不均匀的区域就成为散射中心,它们向外面发出同频率的次波。这些次波之间没有固定的相位关系,它们在某方向会形成该方向的散射光。英国物理学家瑞利对这些线度比波长要小的微粒所引起的散射进行了研究,1871年,他提出了著名的瑞利散射定律。凡遵守瑞利散射定律的散射称为瑞利散射,大海的蔚蓝色和夕阳的橙红色可以根据瑞利散射定律进行解释。

瑞利散射定律并非在任何物质中都适用,有些物质的散射也不遵循瑞利定律,散射光强与微粒大小和形状有复杂的关系。除了瑞利,还有很多科学家在散射方面做出了巨大的贡献,他们逐渐挖掘出散射其他方面的内容,这些内容包括:用白光照射由大颗粒组成的散射物质时,散射光仍为白光;气体马上就要发生液化时,密度涨落的微小区域变得比光波波长要大,这种情况与大粒子的情况相同;由大粒子产生的强烈散射会让原来透明的物质变得混浊,这种情况就是我们通常说的临界乳光。

总之,在众多科学家的努力下,光的散射不再是未知数,人类已经认识了它,并会充分利用它为人类服务,相信它能给人类创造更多的财富。

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