光的散射與眩光第六周PPT課件

.,1,學習目標,1.掌握光的散射和眩光的定義2.掌握產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、現象5.了解眩光的危害并加以防護,.,2,一、光的散射,光學性質不均勻的原因1、均勻物質中散布者折射率與它不同的其他物質。2、物質本身組成部分（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，我們沿光束的側面進行觀察就應當看不見光，但當光速通過光學性質不均勻的物質時，從側面卻可以看見光，這一現象叫做光的散射。,.,3,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。,.,4,（一）瑞利散射,定義：當入射光通過的光學介質所含分子微粒尺度小于光的波長時（小于0.1m），由于構成該介質的密度漲落而被散射的現象。瑞利散射定律：散射光和入射光的頻率、波長相同；散射光的強度和散射方向有關，并和波長的四次方成反比。,.,5,瑞利散射最典型的例子為大氣散射(彩圖1)。晴朗的天空常呈現淺藍色，大氣散射一部分來自懸浮的塵埃，大部分則是氧氣和氮氣的密度漲落引起的分子散射，由于后者的尺度比前者小得多，所以瑞利散射作用更明顯。如紅光波長是藍紫光波長的1.8倍，根據瑞利散射定律，在入射的藍紫光的光強與紅光光強相等的條件下，藍紫光的散射大約是紅光10倍。因此，淺藍色和藍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光占優(yōu)勢，晴朗的天空會呈現淺藍色。而雨過天晴時，大氣中的塵埃明顯降低，天空會藍得格外美麗。,.,6,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，那么強度與波長之間關系就比較復雜了。,.,7,（二）米散射,定義：當入射光通過的光學介質中所含分子微粒尺度與入射光波長可比擬時(如1m)，散射光的規(guī)律不再遵循瑞利定律，其強度分布復雜且不對稱，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，水滴產生的散射與波長的關系不大，這就是云霧呈現白色的緣由。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。,.,8,丁達爾現象：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)，類似這種自然界現象就是丁達爾現象(Tyndall)，為米散射的一種表現。我們在化學實驗室里也可以看到這種現象。,.,9,丁達爾現象產生的原因：是因為在溶膠中，膠體微粒直徑大小恰當，當光束照射膠粒上時，膠粒將光從各個方面全部反射，膠粒即成一小光源，故可明顯地看到由無數小光源形成的光亮“通路”。散射光的強度，隨著微粒直徑增加而變化。懸(乳)濁液分散質粒子直徑太大，對于入射光只有反射而不散射；溶液里溶質粒子太小，對于入射光散射很微弱，所以溶液和濁液無丁達爾現象。,膠體的丁達爾現象,.,10,眼科臨床上常利用這種現象來檢測眼前房炎癥反應，正常前房在裂隙燈下為暗區(qū)；當前房出現炎癥反應時，滲出物中的顆粒使得入射光束發(fā)生散射，出現彩圖2b中的光亮通路，炎癥越重，散射越明顯。此外，還設計了激光散射光計(laserflaremeter)來試圖定量前房反應的程度。,.,11,（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果可以導致散射光的頻率和波長發(fā)生改變，叫做拉曼散射。拉曼散射的強度極小，約為瑞利散射的千分之一。拉曼光譜、頻率、強度及偏振等標志著散射物質的性質，用途：可用于研究分子結構以及分析化合物的成分。利用激光產生的受激拉曼散射，可致生物組織細胞損傷。,.,12,（四）布里淵散射,定義：在光的散射過程中，如果和原子的熱運動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：經過高解析光譜分析，可以得出頻移的量，由此來研究物質基本性質(彈性、磁性相變)及多種交叉效應(壓電、磁彈、光彈等)。利用激光產生的受激布里淵散射，可致細胞破裂，出現水腫。,.,13,二、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比以至引起不舒適感覺或降低了對目標和細節(jié)的分辨能力的視覺現象。眩光現象是影響視覺質量的最重要因素之一。,.,14,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)。,.,15,（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，會導致視覺不適，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，或在正午從室內走到室外等情況，均會產生不適感覺，這種不適感覺可以通過視覺逃避而避免視力丟失，如駕車時面對明亮的汽車前燈要轉過臉去。,.,16,2.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，但導致視力或視功能下降的眩光。如由光照在臟的車擋風玻璃上而產生的視力丟失(彩圖4)。這種視功能的下降是由于眩光光源經過眼外不均勻介質或角膜、晶狀體等眼內組織時產生散射，在眼內形成光幕，其疊加于視網膜物像上，造成光幕性視網膜照明,.,17,視網膜像的對比度C=(Lmax-Lmin)/(Lmax+Lmin)式中：Lmax:視網膜像的最大亮度Lmin視網膜像的最小亮度。當眩光光源發(fā)生散射時，以光幕狀疊加于視網膜像上，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，故對比度下降。,.,18,操作演示失能性眩光(1)準備一張視力表(最好是對比敏感度視力表)。(2)在其旁邊設置一盞亮度可調的燈(眩光光源)。(3)光源直接朝向受試者照射。(4)在燈關閉、開啟及亮度逐漸增大狀態(tài)下分別檢查視力。(5)結果顯示：隨著亮度的逐漸增大，視力逐漸下降；光源越靠近視力表，對視力影響越大。,以鑒別駕駛員是否有眩光性失能,.,19,（二）眩光產生的原因,外界原因：眩光的產生多數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，則眩光越強烈；光源的表觀面積越大，光源數目越多，則眩光越顯著。,.,20,生理原因：引起眩光的生理性原因主要有以下幾點：由于高亮度的刺激，使瞳孔縮??；由于角膜、晶狀體等對光線的散射在眼內形成光幕；由于視網膜受高亮度的刺激，使適應狀態(tài)破壞。強光對眼睛能否產生眩光現