mie散射理论方程_A. Mie米散射理论基础

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

当球形粒子的尺度与波长可比拟时，必须考虑散射粒子体内电荷的三维分布。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、折射率及散射角。当

粒子增大时，造成散射强度变化的干涉也增大。因此，散射光强与这些参数的关系

,

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。

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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。

米散射理论是由麦克斯韦方程组推导出来的均质球形粒子在电磁场中对平面波散射的精确解。

一般把粒子直径与入射光波长相当的微粒子所造成的散射称为米散射。

米散射适合于任何粒子尺度

,

只是当粒子直径相对于波长而言很小时利用瑞利散射、

很大时利用夫琅和费衍射理论就可以很方便

的近似解决问题。米散射理论最早是由

G

1

Mie

在研究胶体金属粒子的散射时建立的。

1908

年

,

米氏通过电磁波的麦克斯韦方程

,

解出了一个关于光散射的严格解

,

得出了任意直径、

任