第三节
光的散射
（ Scattering of Light）
1．规律
光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧
向却可以见到光，称为光的散射。
dd III sa ??? ??? ?? ee 0)(0
a? 为吸收系数,s? 为散射系数,? 为衰减系数。
6.3 光的散射（ Scattering of Light）2．机制
光通过非均匀物质时，杂质微粒的线度一
般比光的波长小，它们彼此间的距离比波长大，
而且排列毫无规则。因此，当它们在光作用下
振动时彼此间无固定的相位关系，次级辐射的
不相干叠加，各处不会相消，从而形成散射光。
6.3 光的散射（ Scattering of Light）
3,Rayleigh Scattering
白光通过浑浊物质时，
沿 z 方向，散射光呈
实验
青蓝色，沿 x方向，散射光呈红色。
Rayleigh law
紫光的散射强度大约是红光的 10倍。
散射光强度 4)( ?? ??fI
Rayleigh Scattering
6.3 光的散射（ Scattering of Light）
O
E
x
y
z
BB’
A
A’
y
z
P
p
D
D’
入射光
的方向
6.3 光的散射（ Scattering of Light）
O
E
x
y
z
BB’
A
A’
y
z
P
p
D
D’
入射光
的方向
考虑入射光线沿 z轴方向的振动分量
6.3 光的散射（ Scattering of Light）
O
E
x
y
z
BB’
A
A’
y
z
P
p
D
D’
入射光
的方向
考虑入射光线沿 y,z轴方向的振动分量
6.3 光的散射（ Scattering of Light）4,偏振性
自然光入射到散射物质中，观察到：
实验
正侧方（ z）线偏振
斜方向（ C）部分偏振
对着 x方向（ x）自然光
O x
y
z
BB’
A
A’
y
z
P
p
D
D’
用电偶极子次级辐射可解释
解释
被微粒散射时，各方向上的振幅可看成以上
两个分振动的合成。
实验现象 分解成 +
6.3 光的散射（ Scattering of Light）4,偏振性
退偏振
线偏振光照射某些气体或液体，从侧向
观察时，散射光变成部分偏振的，称为退偏
振。其机理是介质分子本身是各向异性的。
6.3 光的散射（ Scattering of Light）
5．散射光的强度
设 I0为沿入射自然光 x 方向的散射光强度，
则从 CO方向观察到散射光强度为
)c o s1( 20 ?? ?? II
散射光强度在 Oxz平面内按方向分布曲线图。
6.3 光的散射（ Scattering of Light）
6．分子散射
在光学性质完全均匀
的物质中，由于物
概念
质分子密度的涨落
而引起的散射。
晴朗的天空呈现浅蓝色；清晨日出或傍
解释
晚日落时，看到太阳呈现红色；正午时太阳
光，呈现白色。
6.3 光的散射（ Scattering of Light）
米氏散射与城市天空的景象。
米氏散射理论在大气光学中占重要地位，
它是人工降雨的理论基础。
Mie Scattering
With scatteringWithout scattering
Rayleigh Scattering - high
Mie Scattering - low
Sun Altitude - high
Rayleigh Scattering - low
Mie Scattering - high
Sun Altitude - high
Rayleigh Scattering - medium
Mie Scattering - medium
Sun Altitude - low
Planet Mars like scattering