a.-mie米散射理論基礎(chǔ)

1、1米散射（Miescattering）又稱“粗粒散射”。粒子尺度接近或大于入射光波長的粒子散射現(xiàn)象。德國物理學(xué)家米(GustavMie1868—1957)指出其散射光強(qiáng)在各方向是不對稱的順入射方向上的前向散射最強(qiáng)。粒子愈大前向散射愈強(qiáng)。米散射米散射當(dāng)球形粒子的尺度與波長可比擬時(shí)，必須考慮散射粒子體內(nèi)電荷的三維分布。此散射情況下，散射粒子應(yīng)考慮為由許多聚集在一起的復(fù)雜分子構(gòu)成，它們在入射電磁場的作用下形成振蕩的多極子多極子輻射的電磁波相疊

2、加，就構(gòu)成散射波。又因?yàn)榱Ｗ映叨瓤膳c波長相比擬，所以入射波的相位在粒子上是不均勻的，造成了各子波在空間和時(shí)間上的相位差。在子波組合產(chǎn)生散射波的地方，將出現(xiàn)相位差造成的干涉。這些干涉取決于入射光的波長、粒子的大小、折射率及散射角。當(dāng)粒子增大時(shí)，造成散射強(qiáng)度變化的干涉也增大。因此，散射光強(qiáng)與這些參數(shù)的關(guān)系不象瑞利散射那樣簡單而用復(fù)雜的級數(shù)表達(dá)，該級數(shù)的收斂相當(dāng)緩慢。這個(gè)關(guān)系首先由德國科學(xué)家G.米得出，故稱這類散射為米散射。它具有如下特點(diǎn)：①

3、散射強(qiáng)度比瑞利散射大得多，散射強(qiáng)度隨波長的變化不如瑞利散射那樣劇烈。隨著尺度參數(shù)增大，散射的總能量很快增加，并最后以振動(dòng)的形式趨于一定值。②散射光強(qiáng)隨角度變化出現(xiàn)許多極大值和極小值，當(dāng)尺度參數(shù)增大時(shí)，極值的個(gè)數(shù)也增加。③當(dāng)尺度參數(shù)增大時(shí)，前向散射與后向散射之比增大，使粒子前半球散射增大。當(dāng)尺度參數(shù)很小時(shí)，米散射結(jié)果可以簡化為瑞利散射；當(dāng)尺度參數(shù)很大時(shí)，它的結(jié)果又與幾何光學(xué)結(jié)果一致；而在尺度參數(shù)比較適中的范圍內(nèi)，只有用米散射才能得到唯一正

4、確的結(jié)果。所以米散射計(jì)算模式能廣泛地描述任何尺度參數(shù)均勻球狀粒子的散射特點(diǎn)。19世紀(jì)末，英國科學(xué)家瑞利首先解釋了天空的藍(lán)色：在清潔大氣中，起主要散射作用的是大氣氣體分子的密度漲落。分子散射的光強(qiáng)度和入射波長四次方成反比，因此在發(fā)生大氣分子散射的日光中，紫、藍(lán)和青色彩光比綠、黃、橙和紅色彩光為強(qiáng)，最后綜合效果使天穹呈現(xiàn)藍(lán)色。從而建立了瑞利散射理論。20世紀(jì)初，德國科學(xué)家米從電磁理論出發(fā)，又稱粗進(jìn)一步解決了均勻球形粒子的散射問題，建立了米散

5、射理論，粒散射理論。質(zhì)點(diǎn)半徑與波長?接近時(shí)3其中:是半奇階的第一類貝塞爾函數(shù)是第二類漢克爾函數(shù)Pn(cosθ)是第一類勒讓德函數(shù)P(1)n(cosθ)是第一類締合勒讓德函數(shù)。Mie散射理論散射理論Mie散射理論是麥克斯韋方程對處在均勻介質(zhì)中的均勻顆粒在平面單色波照射下的嚴(yán)格數(shù)學(xué)解。由Mie散射知道距離散射體r處p點(diǎn)的散射光強(qiáng)為式中:為光波波長I0為入射光強(qiáng)Isca為散射光強(qiáng)為散射角為偏振光???的偏振角。式中:和是振幅函數(shù)an和bn是與