散射理论

米散射(Mie scattering);又称粗粒散射”粒子尺度接近或大于入射光波长的粒子散射现象。

德国物理学家米(Gustav Mie,1868—1957)指出,其散射光强在各方向是不对称的，顺入射方向上的前向散射最强。

粒子愈大，前向散射愈强。

米散射当球形粒子的尺度与波长可比拟时，必须考虑散射粒子体内电荷的三维分布。

此散射情况下，散射粒子应考虑为由许多聚集在一起的复杂分子构成，它们在入射电磁场的作用下，形成振荡的多极子，多极子辐射的电磁波相叠加，就构成散射波。

又因为粒子尺度可与波长相比拟，所以入射波的相位在粒子上是不均匀的，造成了各子波在空间和时间上的相位差。

在子波组合产生散射波的地方，将出现相位差造成的干涉。

这些干涉取决于入射光的波长、粒子的大小、折射率及散射角。

当粒子增大时，造成散射强度变化的干涉也增大。

因此，散射光强与这些参数的关系，不象瑞利散射那样简单，而用复杂的级数表达，该级数的收敛相当缓慢。

这个关系首先由德国科学家G.米得出，故称这类散射为米散射。

它具有如下特点：①散射强度比瑞利散射大得多，散射强度随波长的变化不如瑞利散射那样剧烈。

随着尺度参数增大，散射的总能量很快增加，并最后以振动的形式趋于一定值。

②散射光强随角度变化出现许多极大值和极小值，当尺度参数增大时，极值的个数也增加。

③当尺度参数增大时，前向散射与后向散射之比增大，使粒子前半球散射增大。

当尺度参数很小时，米散射结果可以简化为瑞利散射；当尺度参数很大时，它的结果又与几何光学结果一致；而在尺度参数比较适中的范围内，只有用米散射才能得到唯一正确的结果。

所以米散射计算模式能广泛地描述任何尺度参数均匀球状粒子的散射特点。

19世纪末，英国科学家瑞利首先解释了天空的蓝色：在清洁大气中，起主要散射作用的是大气气体分子的密度涨落。

分子散射的光强度和入射波长四次方成反比，因此在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色彩光比绿、黄、橙和红色彩光为强，最后综合效果使天穹呈现蓝色。

光的散射原理光的散射是指光线在传播过程中遇到不均匀介质或者粗糙表面时，发生方向的改变而呈现出的现象。

光的散射是光学领域中的重要现象，它在日常生活和科学研究中都有着重要的应用。

本文将对光的散射原理进行详细介绍，希望能够帮助读者更好地理解这一现象。

首先，我们来了解一下光的散射是如何产生的。

当光线遇到不均匀介质或者粗糙表面时，由于介质的密度、折射率等物理性质的不均匀性，或者表面的不规则性，光线会发生反射、折射和衍射等现象，导致光线的方向发生改变，从而呈现出散射的效果。

这种现象在大气中尤为常见，例如天空为什么是蓝色，夕阳为什么是红色等都与光的散射有关。

其次，我们来了解一下光的散射的原理。

光的散射可以分为瑞利散射和米氏散射两种类型。

瑞利散射是指光线遇到小于光波长大小的颗粒时发生的散射现象，如大气中的气体分子。

而米氏散射则是指光线遇到大于光波长大小的颗粒时发生的散射现象，如大气中的尘埃、水滴等。

这两种散射类型的原理略有不同，但都是由于光线与颗粒碰撞后发生的反射、折射、衍射等现象导致的。

光的散射原理还涉及到光的波粒二象性。

根据光的波动理论，光是一种电磁波，具有波动性质；而根据光的粒子理论，光也可以看作是由光子组成的微粒。

在光的散射过程中，光的波动性质和粒子性质都会对散射效果产生影响，这也是光的散射原理的一个重要方面。

最后，我们来看一下光的散射在实际应用中的意义。

光的散射不仅在大气中产生了天空的颜色、日落的景色等自然现象，还在光通信、医学影像、大气污染监测等领域有着重要的应用。

光的散射原理的深入研究，有助于我们更好地理解和利用光的特性，推动光学技术的发展。

总之，光的散射原理是光学领域中的重要内容，它涉及到光的波动性质、粒子性质以及与介质、表面的相互作用等多方面的知识。

通过对光的散射原理的深入了解，我们可以更好地理解光的行为规律，为光学技术的发展和应用提供更多的可能性。

希望本文能够帮助读者对光的散射有一个更清晰的认识。

康普顿散射的涉及理论及实验研究康普顿散射是一种重要的物理现象，它在理论和实验研究中都起着重要作用。

本文将探讨康普顿散射的相关理论与实验研究。

康普顿散射是描述光子与电子相互作用的过程。

在这个过程中，光子与电子相互作用，发生散射，并改变了光子的能量和方向。

根据电磁场理论，光子作为一种电磁波粒子，带有一定能量和动量。

当光子与电子相互作用时，它们之间会交换能量和动量，导致光子的能量和方向发生变化。

康普顿散射过程可以用康普顿散射公式来描述。

该公式表达了入射光子的能量和角度与散射光子的能量和角度之间的关系。

根据这一公式，我们可以计算出光子与电子碰撞后的能量转移量和散射角度。

康普顿散射公式为我们提供了理论上对这一现象的解释和预测。

康普顿散射的理论研究为实验提供了重要的依据。

通过实验，我们可以验证康普顿散射公式的正确性，并进一步研究光子与电子之间的相互作用过程。

在实验中，通常使用X射线或γ射线来研究康普顿散射。

实验中，我们测量散射光子的能量和角度，并与理论计算结果进行比较。

通过实验研究，我们可以进一步了解光子与电子相互作用的规律和特性。

康普顿散射的实验研究也为其他领域的研究提供了重要的支持。

例如，在医学领域，康普顿散射被广泛应用于X射线成像和放射治疗。

通过测量被人体组织散射的X射线的能量和角度，医生可以获取有关组织结构和病变情况的信息。

康普顿散射在这一领域的应用有助于提高医学诊断和治疗的准确性和效果。

除了理论研究和实验研究，康普顿散射还涉及到一些重要的应用。

例如，在核物理领域，康普顿散射被用于研究原子核的结构和性质。

通过测量散射光子的能量和角度，科学家可以推断出原子核的内部结构和粒子组成。

这对于研究原子核的性质和理解核反应过程具有重要意义。

综上所述，康普顿散射的涉及理论及实验研究对于我们更深入地了解光子与电子相互作用的过程具有重要意义。

通过理论的解释和实验的验证，我们可以进一步探索康普顿散射的规律和应用。

康普顿散射的研究不仅在物理学领域具有重要价值，也在医学和核物理等其他领域发挥着重要作用。

绪论（一）电磁散射及吸收的物理基础：任何系统的电磁散射和吸收都和该系统的特性有关：比如，有关散射分子的大小或分子群的规模等的特性。

其实，尽管有这些具体的特性，其中隐藏的物理本质是相同的。

物质都是由质子和电子这些分离的电荷所构成。

当一个障碍物(其可为一个电子或质子、一个原子或分子、一个固态或液态微粒)被一束电磁波所照射时，障碍物中的电荷都会被入射波的电场激发而定向移动。

加速的电荷将向周围辐射电磁能；这种二次辐射正是我们所讨论的“障碍散射”：散射= 消光+ 再辐射(其中，“再辐射”、“二次辐射”及“激发辐射”是对同一个概念的不同称谓)。

激发的电荷元除二次辐射电磁能外，还可能会将入射的电磁能转化为诸如热能的其它能量形式，这一过程被称为“吸收”。

散射和吸收并非毫不相关的两过程，因此，为了简略起见，我们常只称所讨论的问题为“散射”，而同时在这一概念中暗含“吸收”。

（二）物质波的散射及微粒的散射：在一定程度上可以认为除真空外任何物质均为非均匀的。

即使在我们通常所认为均匀的介质(例如纯净气体、固体或液体)中，仍能通过使用高精度的探针分辨出各处(原子或分子)的不均匀性能。

因此，所有的介质均散射电磁波。

实际上，好多我们平时并不以“散射”来考察的问题实质上都是散射的结果。

例如其中有：(1)粗糙表面的漫反射；(2)尖劈、边缘或光栅的衍射；和(3)光学光滑界面处的反射和折射。

此处，我们遇到的是一个电磁的多体问题：散射分子的耦合！这种问题的净结果(依据适当的近似)就是在介质内部次波相互叠加而使得折射波以速度c/n传播。

结果介质内部入射波完全消散，即所谓的艾瓦德—欧昔姆消散定理(Ewald-Oseem extinction theorem)；介质外部次波叠加而形成反射波。

通常的对波束与光学光滑的界面相互作用的分析中，只是假定折射介质是完全同性均匀的——而实际上，那只可认为是“统计上均匀的”。

那即为，对给定体积元，平均分子数是不变的；但对一指定的体积元，在不同的瞬间，其所含的分子数是不同的。

应力波多重散射理论
应力波多重散射理论采用波函数展开法，将非连续屏障的散射波及折射波的势函数展开成函数的无穷级数形式，利用Graf加法定理将所有个体的散射波都变换到同一个桩体圆柱坐标系下，然后根据桩体的边界条件，得到了弹性及饱和土体内整个非连续屏障的散射系数和折射系数的理论解，通过截取有限项数绘制了不同模量（针对弹性桩体）、不同数量、不同桩间距、不同壁厚（针对空心管桩）的屏障后的归一化位移（屏障后总的波场产生的位移与未设立屏障时同一点处由入射波产生的位移的比值）沿屏障和垂直于屏障的变化曲线，以及透射系数（屏障后屏障宽度内的归一化位移的几何平均值）随桩间距的变化曲线，通过分析这些曲线的变化趋势和分布特征来研究弹性和饱和土体内非连续刚性空心管桩、弹性圆柱实心桩和弹性空心管桩等三类屏障对不同类型的入射波的隔离效果。