光的散射和色散
意象油画-
光的散射和色散
作者：邱东平
漠河县北极乡中心校
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光的散射和色散
1.
光的散射
介质对光的散射是光与物质相互作用的基本过程。
在光学性质均匀介质的界
面上，无论光的直射、反射或折射，都仅限于在特定的一些方向上，而在其余方
向光强则等于零，
我们沿光束的侧向观察就应当看不到光。
但当光束通过浑浊的
液体或穿过灰尘弥漫的空间时，
就可在侧面
看到光束的轨迹，
即在光线远传播方
向意外接收到光能，
而光束通过均匀透明介质时，
除传播方向外，
是看不到光的。
这种因介质的非均匀性，
使光能不止沿定向，<
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同时还沿若干其他方向传播的现象，
称为光的散射。
第
1
节
散射和反射现象的区别
反射现象：<
/p>
反射定律仅在介质界面是理想光滑平面
（镜面）
< br>的条件下才适用。
但任何物质的表面永远不可能是几何平面，
而且由于分子的热运动，
表面还在不
断地变化着。
在一定的入射光波长范围内，
只要界面上每一个不规则区域都非常
小，
即任何凹
|
凸部
分的线度都远小于光的波长，
就可以认为是理想的光滑平面。
实际的镜面都不是理想的镜面，
因此都会产生光的漫反射。
这时，
我们可以认为
反射光束是许多小镜面
的反射光的叠加。
第
2
节
瑞利散射和分子散射
按照引起物质光
学非均匀性的原因，可将光的散射分为两大类，一类是光在
浑浊的介质（如含有烟、雾、
水滴的大气，
乳状溶液，胶体溶液等）中产生的
散射，
这类散射就是悬浮微粒的散射。
其中当悬浮微
粒的线度小于十分之一波长
时产生的散射称为瑞利散射；
当悬浮
微粒的线度接近或大于波长时产生的散射称
为米氏散射。
另一类
是纯净介质，
因分子热运动引起密度起伏，
或因分子各向异
性引起分子取向起伏，
或因纯溶液中的浓度起伏等，
导致介质的光学性质变得不
均匀，从而产生光的散射，这就是分子散射。在临界
点，气体密度起伏很大，可
以观察到显著的分子散射，这种现象称为临界乳光。
本节主要介绍瑞利散射和分子散射以及利用它们解释各种自然现象。<
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首先白昼天空之所以是亮的，
完全是大
气散射阳光的结果。
若果没有大气层，
即使在白昼，天空也将是
一片漆黑。一个宇航员曾这样描述大气层以外的天空：
2 <
/p>
“太阳在高空悬挂着，
像一个金色的大圆盘，
而天空却像一面黑色天鹅绒的幕布，
一颗颗星星就像镶在黑幕布上的宝石，闪闪发光
。
”由于大气的散射，将阳光从
各个方向射向观察者，我们才看
到了光亮的天穹。
那么天空为什么呈现蓝色呢？按照瑞利散射
定律，白光中的短波成分（蓝紫
光）遭到的散射比长波成分（红黄色）强烈得多。例如，
红光波长
(
720
nm
)
为紫光波长
(
400
nm
)
的
1.8
倍，
则紫光散射光强度约为红光的
1.8
4
≈
10
倍。
所以太阳的散射光则因短波的富集而呈蔚蓝色。
瑞利曾对天空中各种
波长的相对
光强做过测量，发现与
4
反比率颇相吻合。大气的散射一部分来自悬浮的尘埃，
大部分是
密度涨落引起的分子散射。后者的尺度往往比前者小得多，瑞利
4
反
比率的作用更加明显。
所以每当
大雨初霁、
玉宇澄清了万里埃的时候，
天空总是
蓝的格外美丽可爱。其道理就在这里。
清晨日出或傍
晚日落时，看到的太阳呈红色，而正午的太阳基本上呈白色，
这与天空呈蓝色属于同一类
现象。
正午太阳直射时，
穿过大气层的厚度最小，
阳
光中被散射掉的短波成分不太多，
因此垂直透过大
气层后的阳光基本上是白色或
略带黄橙色。
早晚阳光以很大的倾
角斜射时，
穿过大气层的厚度要比正午时厚得
多，
所有波长较短的蓝光、
黄光等几乎都朝侧向散射，
仅
剩下波长较长的红光到
达观察者（接近地面的空气中有尘埃，更增强了散射作用）
，所以旭日和朝阳呈
红色，但此时仰观天空时看到的仍是浅蓝色。而云
块为阳光所照射，亦呈红色，
这便是我们看到的美丽绚烂的朝霞和晚霞。
正是由于红光透过散射物的穿透力比蓝光强，
所以在
拍摄薄雾景色时常在照
相机物镜前加上红色滤光片以获得更清晰的照片。
另外，
红外线的穿透力比可见
光强，
< br>常用于远距离照相或遥感技术。
同样的，
汽车雾灯照射出
来的光是黄色光，
这是经过科学家精心研究以后做出的最佳选择。
为什么不用比较醒目的红光呢？
因为雾灯的光必须具有散射的作用，才能让光束尽可能
看清目标又不觉得刺眼。
而黄色光的散射强度是红色光散射强度的
5
倍。
显而易见，
采用黄色光作为汽
车
雾灯的光色要比用红色光效率高得多。
通过深入研究散射光的性质，还能获得胶体溶液、浑浊介质和高分子物质的
物理化学
性质，
测定微粒的大小和运动速率等。
还可以通过测定激光在大
气中的
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