Scattering of Light

散射与介质不均匀尺度之间的关系

光线在通过均匀的透明介质时，从侧面是难以看到光线的. 如果介质不均匀，如有悬浮微粒的浑浊液体，我们可以从侧面清晰地看到光线的轨迹. 这是介质中的不均匀性使得光线朝四面八方散射的结果

Rayleigh散射

Rayleigh认为散射光强和波长的四次方成反比，即

$$I\propto \frac{1}{{\lambda }^4}$$

这个理论可以解释很多的自然现象

如白昼天空之所以是亮的，完全是大气散射阳光的结果. 如果没有大气，即使在白昼，天空除了太阳本身也将是漆黑的. 按照Rayleigh定律，白光中的短波成分（蓝紫色）遭到的散射比长波成分（红黄色）强烈得多，散射光因短波的富集而显蔚蓝色. 而在大雨初霁时，大气的密度涨落程度更高，散射作用更强，所以天空将更蓝

旭日和夕阳成红色，是因为白光中的短波成分更多的被散射掉了，在直射的日光红较多的自然是长波成分. 而早晚阳光以很大的倾角穿过大气层，经历的大气厚度要比中午时大很多，从而大气的散射效应也要强得多，所以这时候太阳呈现红色

散射的角度分布和偏振

如果入射光是线偏振的，那么散射光也是线偏振的 如果入射光是自然光，那么在垂直于入射光的方向上，散射光是线偏振的；在原入射方向或者其逆方向上，散射光是自然光，且前者的强度正好是后者的一半；在其他方向上，散射光是部分偏振的，强度介于前两个极端之间

Raman散射

Rayleigh散射不改变原入射光的频率，而Raman发现了在散射光中除了与入射光的原有频率${\omega }_0$相同的Rayleigh散射线外，谱线两侧还有频率为${\omega }_0\pm {\omega }_1,{\omega }_0\pm {\omega }_2,\dots$等散射线存在，这种现象被称为Raman散射

我们称长波一侧的散射线（${\omega }_0-{\omega }_j$）为红伴线或者Stokes线，在长波一侧（${\omega }_0+{\omega }_j$）的为紫伴线或者反Stokes线. 其中频率差${\omega }_j$和入射光的频率${\omega }_0$无关，而与散射物质的红外吸收频率相对应，表征了散射物质的分子振动频率