mie散射理论方程_A. Mie米散射理论基础知识讲解

此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除

只供学习交流用

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

—

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

若球形颗粒的尺寸与所涉波长相当时，则必须考虑散射颗粒内部电荷分布的三维特性。

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

散射方向。当颗粒增大时，引起散射强度变化的干涉现象也更加显著。由此可知，在这一现象中

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。从而建立了瑞利散射理论。

20

世纪初，德国科学家米从电磁理论出发，又称粗进一步解决了均匀球形

粒子的散射问题，建立了米散射理论，

粒散射理论。质点半径与波长



接近时

的散射，

特点：

粗粒散射与波长无关，

对各波长的散射能力相同，

大气较混浊时，

大气中悬浮较多的的尘粒与水滴时，天空呈灰白色。

米散射理论是基于麦克斯韦方程组建立的均匀球形颗粒在电磁场中产生散射的理论。