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光的散射现象及应用光，是我们日常生活中不可或缺的一部分。
它在大自然中呈现出各种奇妙的现象，其中一个鲜为人知却又广泛应用的是光的散射现象。
散射，指的是光线在经过不同介质或物体后改变方向的现象。
当光线与物体碰撞时，它们会与物体表面的分子或粒子发生相互作用，从而改变原来的传播路径。
这种现象并不需要物体吸收或反射光线，而是将光线从原来的传播方向偏离出来。
在大气层中，光的散射现象是普遍存在的。
当白天我们看到的蓝天，实际上就是光在空气中的散射所导致的。
由于空气中的分子比较小，因此它们对短波长的光更加敏感，使得蓝光的散射比其他颜色更为明显。
结果就是我们看到的天空呈现出明亮的蓝色。
而在日落或日出时，太阳的光线需要穿过更长的大气层，因此光线经过散射后的短波长颜色几乎被完全散射掉，只留下了长波长的红光，给人一种温暖的感觉。
除了在自然界中，光的散射现象也被广泛应用在科学和工程领域。
其中一个重要的应用是光散射光度计。
通过测量物质中光的散射情况，可以得到物质的浓度和粒子大小信息。
这种光散射光度计常用于颗粒物的检测和分析，例如大气污染物的监测，水体中微粒的浓度分析等。
通过光散射现象，科学家们能够深入了解物质的特性和组成，为环境保护和资源管理提供有力的依据。
此外，在医学领域中也广泛应用了光散射现象。
光散射技术是一种非侵入性的检测方法，不需要对生物组织或样本进行破坏性操作，因此在临床上应用非常方便。
一种常见的应用是通过测量组织中的光散射来分析其结构和成分。
例如，利用光散射技术可以测量血液中红细胞的浓度和大小，从而诊断出一些血液病变。
通过这种非侵入性的检测方法，医生能够对患者进行准确快速的诊断处理，极大地提高了临床工作效率。
此外，光散射现象还被广泛应用在材料科学和纳米技术领域。
通过利用光的散射特性，科学家们能够研究和设计新型的材料和纳米结构。
例如，利用光散射现象可以提取出材料的粒子大小和形状信息，为制备高性能材料提供重要的参考。
大气中的光的传播与扩散在空气中，光可以自由传播。
但是，当光线遇到颗粒物或气体分子时，它就会发生散射，改变原本的方向。
这种现象就叫做大气散射，是大气中光线传播和扩散的重要原因之一。
太阳光是由不同波长的光线组成的，其中包括可见光、紫外线和红外线等。
当这些光线穿过大气时，它们的运动轨迹会受到大气的干扰，发生折射、反射和散射等现象。
因此，我们在日常生活中所看到的太阳光，并不是原本的“样子”。
大气散射的机制有两种。
一种是雷利散射，这是由于空气分子的大小与光的波长相当，在光的入射处会发生弱散射。
因此，在天空中看到的颜色大部分是由于空气分子造成的散射光。
当太阳光穿过大气层时，其短波长成分会受到大气的散射，只有红光可以穿透更深的大气层，因此在日落时会产生赤红色的景色。
另一种散射是非弹性散射，这是由于大气颗粒物的存在而产生的。
这种散射会使原来直线传播的光线改变方向，并形成漫反射光。
这就是为什么当有光照射时，我们可以看到细小颗粒物，例如灰尘和烟雾等。
在气象、环境保护、大气污染监测等领域，大气散射的研究具有重要意义。
例如，在空气污染监测中，大气散射可以控制和量测光的传播，从而精准地测定空气中的污染物质。
此外，大气散射的机制也为天文学提供了一个非常重要的工具，可以通过观测太阳光的散射情况，研究大气的成分和结构。
在我们的日常生活中，大气散射也能带来美丽的景象。
例如，在日出和日落时，我们能看到一片片绚烂多彩的云彩，这是由于大气散射的作用，把太阳光反射、折射、散射形成五彩斑斓的云彩。
另一个例子是，当太阳落山，太阳的光辉会把大气散射成一个亮点，在天空中形成一个美丽的暮光珠。
总之，大气中光的传播和扩散是一个复杂的过程，涉及到多个自然现象和物理规律。
通过对大气散射的了解和研究，我们能够更好地理解和控制光的传播，同时也能欣赏到大自然带给我们的美丽景象。
大气光的效应
大气光的效应分为丁达尔效应和光柱现象。
1. 丁达尔效应：大气中存在微小颗粒，这些颗粒可以近似看作是一种气溶胶。
当光透过云隙或树叶的间隙在空气中传播时，会在空气中散射形成光路，这就是丁达尔效应。
这种现象通常在空中云量较多且存在云隙的条件下出现。
此外，当空气或水不纯净时，人们也能看到光的传播路径。
这是因为光在纯净的空气或水中传播时，其传播路径从侧面是看不见的，但一旦介质变得不纯净，例如存在大量气溶胶胶体（如云、雾、烟尘中的胶体），光线就会变得可视化，容易形成丁达尔效应。
2. 光柱现象：这是一种罕见而有趣的大气光学现象。
在非常寒冷的夜晚，当冰从高层落下形成平板状的冰晶时，这些冰晶会反射光并几乎完全是垂直的，从而产生光柱效应。
这种奇景多发生在寒冷地区的冬夜，其形成依赖于空气中大量冰晶（如雪花）的反射。
冰晶呈六边形，灯光通过这些冰晶如镜面般反射到空中，人眼看到的就是一个个被向上反射的光柱虚像。
此外，还有一种被称为“暖夜灯柱”的现象，它是由大气中的冰晶反射灯光后形成的。
光的散射现象及其应用光的散射是一种光在传播过程中与物质微粒相互作用而改变传播方向的现象。
它是由于光波与物体表面的微观结构或微粒的直接相互作用引起的。
散射现象广泛存在于自然界和人类生活中，并具有许多重要的应用。
首先，光的散射现象广泛存在于大气中的气溶胶颗粒中。
气溶胶颗粒是指悬浮在空气中的微小固体或液体颗粒，如尘埃、烟雾、雾霾等。
当太阳光照射到大气中的气溶胶颗粒上时，光会与颗粒相互作用并发生散射。
这种散射过程会使太阳光在大气中传播时的光线发生偏折和扩散，从而形成蓝天和云彩等景观。
除了大气中的散射现象，光的散射也广泛存在于人类日常生活中的各个领域。
例如，在物理光学中，我们可以通过散射现象来解释为何我们能够看到非透明物体，如白色墙壁或国旗。
当光线照射到物体表面时，光会与物体的微观结构发生散射，一部分光线会沿不同的方向传播并进入我们的眼睛，从而我们能够看到物体。
此外，光的散射现象还在许多科学和工程应用中具有重要作用。
在天文学中，散射现象可以用来研究星际尘埃的性质和空间中的星际物质分布。
通过观测光的散射现象，天文学家可以推断出星际尘埃的大小、形状和组成成分等信息，从而深入了解宇宙中的物质分布和演化过程。
此外，光的散射现象还在生物医学领域具有广泛的应用。
在生物光学中，散射现象被用来研究生物组织的光学性质和结构。
通过测量光线在生物组织中的散射特性，可以了解生物组织的组织结构、细胞形态以及组织的病理变化等信息，为医学诊断和治疗提供重要的依据。
另外，光的散射还在光通信、激光雷达等领域的通信和测量中发挥着重要的作用。
在光通信中，信号的传输过程中的散射现象会引起光信号的衰减和失真，因此需要通过设计高效的光纤和光器件来减小散射损耗和优化信号传输效果。
而在激光雷达中，利用光的散射现象可以测量目标物体的距离、速度和形状等信息，广泛应用于测距、遥感和无人驾驶等领域。
总之，光的散射现象是光在传播过程中与物质微粒相互作用而改变传播方向的现象。
光散射现象原理及应用举例光散射是光在物质中遇到不均匀性或粗糙表面时发生的现象，光线发生散射后会在各个方向上传播，使得光线的传播方向改变。
光散射的原理主要涉及两个方面：射线散射和球面散射。
射线散射是指光线遇到介质的不均匀性或薄膜表面的凹凸不平时发生的散射，而球面散射则是指光线遇到比波长大的粒子或颗粒时发生的散射。
下面是光散射的几个常见应用举例：1.天空的蓝色天空之所以呈现出蓝色，是因为光在大气中的散射现象所致。
在大气层中，气体分子和气溶胶颗粒会散射光线，其中对蓝光的散射最为显著。
因此，当我们仰望蓝天时，实际上是看到了被散射后的蓝光。
2.宇航员太空服的颜色选择宇航员太空服的颜色一般选择为白色或银色，这是因为白色和银色能够更好地反射光线，并减少来自太空中的光线散射。
这样可以有效降低宇航员太空行走时的温度，保护他们的安全。
3.激光器的工作原理激光器的工作原理中也涉及到光的散射。
激光器利用激活介质产生的光与其他光线发生碰撞，从而引发光的放大过程。
光在激活介质中的碰撞引发了一系列的光散射现象，最终使得激光的功率得到了放大，形成了激光束。
4.雾灯的应用雾灯是一种通过散射光线来提高能见度的照明装置。
雾灯产生的光线通过大范围的散射，使得光线能够更好地照射到雾气中的水滴或其他悬浮物上，从而增加了在雾天行驶时的能见度，提高了安全性。
5.腐蚀检测在工业领域，利用光散射现象可以进行腐蚀检测。
通过照射表面的光线，观察散射光的强度和分布情况，可以判断表面是否存在腐蚀或其他损坏的情况，并及时采取措施进行修复和保养。
光散射作为一种重要的光现象在很多领域中都有着广泛的应用。
通过研究光散射现象，不仅可以深入了解光的特性和物质的结构，还可以为实际应用提供理论支持和技术指导。
光在大气中传播及应用大气激光通信、探测等技术应用通常以大气为信道。
光波在大气中传播时，大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空气折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏；当光波功率足够大、持续时间极短时，非线性效应也会影响光束的特性。
1.大气衰减激光辐射在大气中传播时，部分光辐射能量被吸收而转变为其他形式的能量（如热能等）部分能量被散射而偏离原来的传播方向（即辐射能量空间重新分配）。
吸收和散射的总效果使传输光辐射强度的衰减。
（1）大气分子吸收大气分子在光波电场的作用下产生极化，并以入射光的频率作受迫振动。
所以为了克服大气分子内部阻力要消耗能量，表现为大气分子的吸收。
分子的固有吸收频率由分子内部的运动形态决定。
极性分子的内部运动一般有分子内电子运动、组成分子的原子振动以及分子绕其质量中心的转动组成。
相应的共振吸收频率分别与光波的紫外和可见光、近红外和中红外以及远红外区相对应。
因此，分子的吸收特性强烈的依赖于光波的频率。
大气中N2、O2分子虽然含量最多（约90%），但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。
因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。
大气中除包含上述分子外，还包含有He，Ar，Xe，O3，Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考虑其吸收作用。
只是在高空处，其余衰减因素都已很弱，才考虑它们吸收作用。
H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素，它们的一些主要吸收谱线的中心波长如表2-1所示。
表1中对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收，光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为“大气窗口”。
在这些窗口之内，大气分子呈现弱吸收。
目前常用的激光波长都处于这些窗口之内。
表1从表1不难看出，对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收，光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为“大气窗口”。
在这些窗口之内，大气分子呈现弱吸收。
目前常用的激光波长都处于这些窗口之内。
（2） 大气分子散射大气中总存在着局部的密度与平均密度统计性的偏离——密度起伏，破坏了大气的光学均匀性，一部分光辐射光会向其他方向传播，从而导致光在各个方向上的散射。
在可见光和近红外波段，辐射波长总是远大于分子的线度，这一条件下的散射为瑞利散射。
瑞利散射光的强度与波长的四次方成反比。
瑞利散射系数的经验公式为波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
光波在遇到大气分子或气溶胶粒子等时，便会与它们发生相互作用，重新向四面八方发射出频率与入射光的相同，但强度较弱的光(称子波)，这种现象称光散射。
子波称散射光，接受原入射光并发射子波的空气分子或气溶胶粒子称散射粒子。
当散射粒子的尺度远小于入射光的波长时(例如大气分子对可见光的散射)，称分子散射或瑞利散射，散射光分布均匀且对称。
由于分子散射波长的四次方成反比。
波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
故可见光比红外光散射强烈，蓝光又比红光散射强烈。
在晴朗天空，其他微粒很少，因此瑞利散射是主要的，又因为蓝光散射最强烈，故明朗的天空呈现蓝色。
2. 大气湍流效应通常大气是一种均匀混合的单一气态流体，其运动形式分为层流运动和湍流运动。
层流运动：流体质点做有规则的稳定流动，在一个薄层的流速和流向均为定值，层与层之间在运动过程中不发生混合。
无规则的漩涡流动，质点的运动轨迹很复杂，既有横向运动，也有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值吸收分子主要吸收谱线中心波长(μm) H 2O 0.72 0.82 0.93 0.94 1.13 1.38 1.46 1.87 2.663.15 6.26 11.7 12.6 13.5 14.3CO 21.4 1.62.05 4.3 5.2 9.4 10.4O 2 4.7 9.6 43/827.0λσA N m ⨯⨯=随机起伏。
在气体或液体的某一容积内，惯性力与此容积边界上所受的粘滞力之比超过某一临界值时，液体或气体的有规则的层流运动就会失去其稳定性而过渡到不规则的湍流运动，这一比值就是表示流体运动状态特征的雷诺数Re ：式中，ρ 为流体密度（kg/m3）；l 为某一特征线度（m ） ∆vl 为在 l 量级距离上运动速度的变化量（m/s ）；η 为流体粘滞系数（kg/m •s ）。
雷诺数Re 是一个无量纲的数。
当Re 小于临界值Recr （由实验测定）时，流体处于稳定的层流运动，而大于Recr 时为湍流运动。
由于气体的粘滞系数η 较小，所以气体的运动多半为湍流运动。
激光应用1. 激光制导 利用激光跟踪、测量和传输的手段控制和导引导弹飞向目标的技术。
激光器发出照射目标的激光波束，激光接收装置接收目标反射的光波，经光电转换和信息处理，得出目标的位置参数信号（或导弹与目标的相对位置参数信号），再经信号变换用以跟踪目标和控制导弹的飞行。
有的激光制导系统还用激光传输控制导弹的指令。
激光制导可用于寻的制导系统和波束制导系统。
用于半主动寻的制导系统和波束制导系统时，为了跟踪目标，在载机上往往还配备光学瞄准系统（如瞄准镜等）。
激光制导的优点是：既能测角也能测距，有较高的测量精度，抗干扰能力强。
激光制导的缺点是：易被云、雾、烟或雨等吸收，在大气层内使用时受到气象条件的限制，不能全天候使用；激光能源的功率有限，因而制导的作用距离受到一定限制。
此外，由于波束窄，搜索跟踪也较为困难。
因此激光技术常与红外、电视、光学或微波等技术结合使用。
激光制导已在激光半主动寻的制导和激光波束制导的空地导弹和地空导弹中得到应用。
利用激光获得制导信息或传输制导指令使导弹按一定导引规律飞向目标的制导方法。
1．激光驾束制导：激光接收器置于导弹上，导弹发射时激光器对着目标照射，发射后的导弹在激光波束内飞行。
当导弹偏离激光波束轴线时，接收器敏感偏离的大小和方位并形成误差信号，按导引规律形成控制指令来修正导弹的飞行。
2．激光半主动式自动导引：使用位于载机或地面上的激光器照射目标，导弹上的激光导引头接收从目标反射的激光从而跟踪目标并把导弹导向目标。
3．激光主动式自动导引：激光照射器装在导引头上。
这种激光制导的自动化程度高，但实际上还没有应用到反坦克导弹上。
ηρ/ΔRe l v =4．激光传输指令制导：用激光脉冲代替红外半自动指令制导中用来传输控制指令的导线。
弹上接收机用激光接收器。
激光脉冲经编码后发射出去，如采用哈明码(一种能自动纠错的码)对激光脉冲进行编码。
激光波束方向性强、波束窄，故激光制导精度高，抗干扰能力强。
但是0.8—1.8微米波段的激光易被云、雾、雨等吸收，透过率低，全天候使用受到限制。
如采用10.6微米波段的长波激光，则可在能见度不良的条件下使用。
激光制导是60年代才开始发展起来的一种新技术。
目前已出现激光半主动制导和激光驾束制导的空对地、地对空导弹以及激光制导航空炸弹。
激光驾束和激光半主动制导已应用于反坦克导弹技术中。
2.激光测距激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距。
根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。
氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质砷化镓半导体激光器，用于红外测距；红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。
激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。
主要应用如激光测距仪等。
激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。
脉冲法测距的过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。
光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。
脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。
另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定(又称激光测距)的仪器。
激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。
若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。
若激光是脉冲发射的，一般绝对精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精度。
世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首先研制成功的。
美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。
1961年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。
激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。
它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。
由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪。
国内外出现了一批新型的具有测距快、体积小、性能可靠等优点的微型测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。
