光的散射與眩光第六周

光的散射與眩光第六周第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握光的散射和眩光的定義2.掌握產(chǎn)生光的散射和眩光的原因3.掌握光的散射和眩光的分類4.熟悉瑞利散射、米散射、拉曼散射、布里淵散射的典型例子、現(xiàn)象5.了解眩光的危害并加以防護(hù)第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日一、光的散射光學(xué)性質(zhì)不均勻的原因1、均勻物質(zhì)中散布者折射率與它不同的其他物質(zhì)。2、物質(zhì)本身組成部分（粒子）不規(guī)則的聚集所造成。例如：塵埃、煙、霧、懸浮液、乳狀液以及毛玻璃。定義：一般來說，我們沿光束的側(cè)面進(jìn)行觀察就應(yīng)當(dāng)看不見光，但當(dāng)光速通過光學(xué)性質(zhì)不均勻的物質(zhì)時(shí)，從側(cè)面卻可以看見光，這一現(xiàn)象叫做光的散射。第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日散射光是部分偏振光

蜜蜂能夠感知天空散射的偏振光，利用其偏振性辨別方向。根據(jù)能量是否損失將散射分為彈性和非彈性散射兩大類彈性散射：散射光和入射光的頻率和波長保持一致的散射，如：瑞利散射和米散射非彈性散射:散射光的頻率和波長不同于入射光的散射，如：拉曼散射和布里淵散射。第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日（一）瑞利散射定義：當(dāng)入射光通過的光學(xué)介質(zhì)所含分子微粒尺度小于光的波長時(shí)（小于0.1μm），由于構(gòu)成該介質(zhì)的密度漲落而被散射的現(xiàn)象。瑞利散射定律：散射光和入射光的頻率、波長相同；散射光的強(qiáng)度和散射方向有關(guān)，并和波長的四次方成反比。第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日瑞利散射最典型的例子為大氣散射(彩圖1)。晴朗的天空常呈現(xiàn)淺藍(lán)色，大氣散射一部分來自懸浮的塵埃，大部分則是氧氣和氮?dú)獾拿芏葷q落引起的分子散射，由于后者的尺度比前者小得多，所以瑞利散射作用更明顯。如紅光波長是藍(lán)紫光波長的1.8倍，根據(jù)瑞利散射定律，在入射的藍(lán)紫光的光強(qiáng)與紅光光強(qiáng)相等的條件下，藍(lán)紫光的散射大約是紅光10倍。因此，淺藍(lán)色和藍(lán)色光比黃色和紅色的光散射得更厲害，故散射光中波長較短的藍(lán)光占優(yōu)勢(shì)，晴朗的天空會(huì)呈現(xiàn)淺藍(lán)色。而雨過天晴時(shí)，大氣中的塵埃明顯降低，天空會(huì)藍(lán)得格外美麗。第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日

注意：但只有在微粒尺度比光波的波長小的情況下，才能夠觀察到這種符合瑞利定律的散射，若微粒尺度超過了波長，那么強(qiáng)度與波長之間關(guān)系就比較復(fù)雜了。第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日（二）米散射

定義：當(dāng)入射光通過的光學(xué)介質(zhì)中所含分子微粒尺度與入射光波長可比擬時(shí)(如1μm)，散射光的規(guī)律不再遵循瑞利定律，其強(qiáng)度分布復(fù)雜且不對(duì)稱，稱為米散射。米散射中光的波長、頻率不發(fā)生變化。典型的例子，白云對(duì)可見光的散射，白云是由大氣中的水滴組成的，由于這些水滴的半徑與可見光的波長相比已不算很小，瑞利散射不再適用。這樣，水滴產(chǎn)生的散射與波長的關(guān)系不大，這就是云霧呈現(xiàn)白色的緣由。低層大氣中含有較多的塵粒，這里的散射以米散射為主，陽光被散射后基本上仍為白光，因此，地平線附近的天際為灰白色或青灰色。

第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日丁達(dá)爾現(xiàn)象：清晨，在茂密的樹林中，常?？梢钥吹綇闹θ~間透過的一道道光柱(彩圖2a)，類似這種自然界現(xiàn)象就是丁達(dá)爾現(xiàn)象(Tyndall)，為米散射的一種表現(xiàn)。我們?cè)诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室里也可以看到這種現(xiàn)象。第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日丁達(dá)爾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：是因?yàn)樵谌苣z中，膠體微粒直徑大小恰當(dāng)，當(dāng)光束照射膠粒上時(shí)，膠粒將光從各個(gè)方面全部反射，膠粒即成一小光源，故可明顯地看到由無數(shù)小光源形成的光亮“通路”。散射光的強(qiáng)度，隨著微粒直徑增加而變化。懸(乳)濁液分散質(zhì)粒子直徑太大，對(duì)于入射光只有反射而不散射；溶液里溶質(zhì)粒子太小，對(duì)于入射光散射很微弱，所以溶液和濁液無丁達(dá)爾現(xiàn)象。膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日眼科臨床上常利用這種現(xiàn)象來檢測(cè)眼前房炎癥反應(yīng)，正常前房在裂隙燈下為暗區(qū)；當(dāng)前房出現(xiàn)炎癥反應(yīng)時(shí)，滲出物中的顆粒使得入射光束發(fā)生散射，出現(xiàn)彩圖2b中的光亮通路，炎癥越重，散射越明顯。此外，還設(shè)計(jì)了激光散射光計(jì)(laserflaremeter)來試圖定量前房反應(yīng)的程度。第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日（三）拉曼散射定義：在光的散射過程中，如果分子的狀態(tài)也發(fā)生改變，則入射光與分子交換能量的結(jié)果可以導(dǎo)致散射光的頻率和波長發(fā)生改變，叫做拉曼散射。拉曼散射的強(qiáng)度極小，約為瑞利散射的千分之一。拉曼光譜、頻率、強(qiáng)度及偏振等標(biāo)志著散射物質(zhì)的性質(zhì)，用途：可用于研究分子結(jié)構(gòu)以及分析化合物的成分。利用激光產(chǎn)生的受激拉曼散射，可致生物組織細(xì)胞損傷。第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日（四）布里淵散射定義：

在光的散射過程中，如果和原子的熱運(yùn)動(dòng)模式偶合而造成了能量的微小變化，使得入射光的頻率發(fā)生偏移，這種散射稱為布里淵散射。作用：經(jīng)過高解析光譜分析，可以得出頻移的量，由此來研究物質(zhì)基本性質(zhì)(彈性、磁性相變)及多種交叉效應(yīng)(壓電、磁彈、光彈等)。利用激光產(chǎn)生的受激布里淵散射，可致細(xì)胞破裂，出現(xiàn)水腫。第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、眩光定義：眩光(glare)是指由于視野中的光源的亮度分布和亮度范圍不適宜，或存在極端的亮度對(duì)比以至引起不舒適感覺或降低了對(duì)目標(biāo)和細(xì)節(jié)的分辨能力的視覺現(xiàn)象。眩光現(xiàn)象是影響視覺質(zhì)量的最重要因素之一。第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日眩光光源可分直接眩光光源和間接眩光光源。直接眩光如太陽、夜間對(duì)方來車車燈等(如彩圖3a所示)；間接眩光如具有光澤的墻面、水面、鏡面等物面上反射的光等(如彩圖3b所示)。

第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日（一）眩光的分類

眩光主要分為三種形式，即不適性眩光、失能性眩光和目盲眩光。1．不適性眩光

由于視野中不同區(qū)域光的亮度相差太大或過亮的照明所致，會(huì)導(dǎo)致視覺不適，引起心理上不舒適的感覺。如頭痛、眼部疲勞、燒灼感、流淚等，但不一定影響視力和視功能。比如在強(qiáng)陽光下或在很亮的光源直射的視野中看書，或在正午從室內(nèi)走到室外等情況，均會(huì)產(chǎn)生不適感覺，這種不適感覺可以通過視覺逃避而避免視力丟失，如駕車時(shí)面對(duì)明亮的汽車前燈要轉(zhuǎn)過臉去。第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日2.失能性眩光

又稱幕罩樣眩光，是指不一定引起不舒適的感覺，但導(dǎo)致視力或視功能下降的眩光。如由光照在臟的車擋風(fēng)玻璃上而產(chǎn)生的視力丟失(彩圖4)。這種視功能的下降是由于眩光光源經(jīng)過眼外不均勻介質(zhì)或角膜、晶狀體等眼內(nèi)組織時(shí)產(chǎn)生散射，在眼內(nèi)形成光幕，其疊加于視網(wǎng)膜物像上，造成光幕性視網(wǎng)膜照明第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日視網(wǎng)膜像的對(duì)比度

C=(Lmax-Lmin)/(Lmax+Lmin)式中：Lmax:視網(wǎng)膜像的最大亮度

Lmin視網(wǎng)膜像的最小亮度。當(dāng)眩光光源發(fā)生散射時(shí)，以光幕狀疊加于視網(wǎng)膜像上，使得最大亮度和最小亮度之差保持不變，而最大亮度和最小亮度之和增大，故對(duì)比度下降。第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日操作演示——失能性眩光

(1)準(zhǔn)備一張視力表(最好是對(duì)比敏感度視力表)。

(2)在其旁邊設(shè)置一盞亮度可調(diào)的燈(眩光光源)。

(3)光源直接朝向受試者照射。

(4)在燈關(guān)閉、開啟及亮度逐漸增大狀態(tài)下分別檢查視力。

(5)結(jié)果顯示：隨著亮度的逐漸增大，視力逐漸下降；光源越靠近視力表，對(duì)視力影響越大。

以鑒別駕駛員是否有眩光性失能

第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日（二）眩光產(chǎn)生的原因

⑴外界原因：眩光的產(chǎn)生多數(shù)是由于光源亮度的緣故可有以下幾種情況：環(huán)境亮度越低，光源本身的亮度越高，則眩光越顯著；光源與眼睛的距離越近，投射方向越靠近視軸，則眩光越強(qiáng)烈；光源的表觀面積越大，光源數(shù)目越多，則眩光越顯著。

第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日⑵生理原因：引起眩光的生理性原因主要有以下幾點(diǎn)：①由于高亮度的刺激，使瞳孔縮??；②由于角膜、晶狀體等對(duì)光線的散射在眼內(nèi)形成光幕；③由于視網(wǎng)膜受高亮度的刺激，使適應(yīng)狀態(tài)破壞。強(qiáng)光對(duì)眼睛能否產(chǎn)生眩光現(xiàn)象，眼的適應(yīng)狀態(tài)是重