обратное рассеяние

В физике , обратное рассеяние (или , частиц или сигналов обратное рассеяние) — это отражение волн обратно в то направление откуда они пришли. Обычно это диффузное отражение из-за рассеяния , в отличие от зеркального отражения, как от зеркала , хотя зеркальное обратное рассеяние может произойти при нормальном падении на поверхность. Обратное рассеяние имеет важные применения в астрономии , фотографии и медицинской ультрасонографии . Противоположным эффектом является прямое рассеяние , например, когда полупрозрачный материал, такой как облако, рассеивает солнечный свет , давая мягкий свет .

Обратное рассеяние волн в физическом пространстве

Обратное рассеяние может происходить в совершенно разных физических ситуациях, когда входящие волны или частицы отклоняются от своего первоначального направления с помощью разных механизмов:

Диффузное отражение от крупных частиц и рассеяние Ми , вызывающее альпенгельское свечение и гегеншейн и обнаруживаемое на метеорологических радиолокаторах ;
Неупругие столкновения между электромагнитными волнами и передающей средой ( рассеяние Бриллюэна и комбинационное рассеяние ), важные в волоконной оптике, см. ниже;
Упругие столкновения ускоренных ионов с образцом ( резерфордовское обратное рассеяние )
Брэгговская дифракция на кристаллах, используемая в экспериментах по неупругому рассеянию ( обратное рассеяние нейтронов , рентгеновская спектроскопия обратного рассеяния );
Комптоновское рассеяние , используемое в рентгеновских изображениях обратного рассеяния.
Вынужденное обратное рассеяние , наблюдаемое в нелинейной оптике и описываемое классом решений трехволнового уравнения .

Иногда рассеяние более или менее изотропно, т. е. налетающие частицы беспорядочно рассеиваются в различных направлениях, без особого предпочтения рассеянию назад. В этих случаях термин «обратное рассеяние» просто обозначает место расположения детектора, выбранное по некоторым практическим соображениям:

в рентгеновской визуализации обратное рассеяние означает прямо противоположное трансмиссионному изображению;
в неупругой нейтронной или рентгеновской спектроскопии геометрия обратного рассеяния выбирается потому, что она оптимизирует энергетическое разрешение;
В астрономии обратно рассеянный свет — это тот, который отражается с фазовым углом менее 90°.

В других случаях интенсивность рассеяния увеличивается в обратном направлении. Это может иметь разные причины:

В альпен-свечении преобладает красный свет, поскольку синяя часть спектра обеднена рэлеевским рассеянием .
В gegenschein конструктивное вмешательство может сыграть свою роль. ^{[ нужна проверка ]}
Когерентное обратное рассеяние наблюдается в случайных средах; для видимого света чаще всего в суспензиях, таких как молоко. Из-за слабой локализации наблюдается усиленное многократное рассеяние назад.
- Система координат Back Scattering Alignment (BSA) часто используется в радиолокационных приложениях.
- Система координат Forward Scattering Alignment (FSA) в основном используется в оптических приложениях.

Свойства обратного рассеяния цели зависят от длины волны, а также могут зависеть от поляризации. Таким образом, сенсорные системы, использующие несколько длин волн или поляризаций, могут использоваться для получения дополнительной информации о свойствах цели.

Радар, особенно метеорологический радар

Обратное рассеяние — это принцип, лежащий в основе радиолокационных систем. В метеорологических радиолокаторах обратное рассеяние пропорционально 6-й степени диаметра цели, умноженной на присущие ей отражательные свойства, при условии, что длина волны больше диаметра частицы ( рэлеевское рассеяние ). Вода почти в 4 раза лучше отражает свет, чем лед, но капли намного меньше, чем снежные хлопья или градины. Таким образом, обратное рассеяние зависит от сочетания этих двух факторов. Самое сильное обратное рассеяние происходит от града и крупной крупы ( сплошного льда ) из-за их размеров, но нерэлеевские ( рассеяние Ми эффекты ) могут затруднить интерпретацию. Еще одним сильным эффектом является тающий снег или мокрый мокрый снег , поскольку они сочетают в себе размер и отражательную способность воды. Часто они показывают гораздо более высокие темпы выпадения осадков , чем на самом деле, в так называемой яркой полосе . Дождь — это умеренное обратное рассеяние: оно сильнее при больших каплях (например, во время грозы ) и намного слабее при небольших каплях (например, тумане или мороси ). Снег имеет довольно слабое обратное рассеяние. Метеорологические радары с двойной поляризацией измеряют обратное рассеяние при горизонтальной и вертикальной поляризации, чтобы получить информацию о форме на основе соотношения вертикальных и горизонтальных сигналов.

В волноводах

Метод обратного рассеяния также используется в волоконной оптике для обнаружения оптических дефектов. Свет, распространяющийся по оптоволоконному кабелю, постепенно затухает из-за рэлеевского рассеяния . Таким образом, неисправности обнаруживаются путем мониторинга изменения части обратно рассеянного по Рэлею света. Поскольку обратно рассеянный свет затухает экспоненциально по мере прохождения по оптоволоконному кабелю , характеристика затухания представлена в виде в логарифмическом масштабе графика . Если наклон графика крутой, потери мощности велики. Если наклон пологий, оптическое волокно имеет удовлетворительные характеристики потерь.

Измерение потерь методом обратного рассеяния позволяет измерять оптоволоконный кабель на одном конце, не разрезая оптическое волокно, поэтому его можно удобно использовать для строительства и обслуживания оптических волокон.

В фотографии

Термин обратное рассеяние в фотографии относится к свету от вспышки , стробоскопа или видеосвета, отражающегося от частиц в поле зрения объектива, вызывая появление пятен света на фотографии. Это приводит к появлению того, что иногда называют артефактами-сферами . Фотографическое обратное рассеяние может быть результатом снежинок, дождя или тумана, а также пыли, переносимой по воздуху. Из-за ограничений по размерам современных компактных и сверхкомпактных фотокамер, особенно цифровых, расстояние между объективом и встроенной вспышкой уменьшилось, тем самым уменьшился угол отражения света на объектив и увеличилась вероятность отражения света. от обычно невидимых частиц. Следовательно, артефакт в виде шара является обычным явлением на небольших фотографиях, сделанных цифровой или пленочной камерой. ^[1]^[2]

См. также

Обратное рассеяние (электронная почта)
Рентгеновское излучение обратного рассеяния (при сканировании в целях обеспечения безопасности, например, в аэропортах)
Рассеяние вперед
Рассеяние
Дифракция обратного рассеяния электронов

Ссылки

^ «Отражения от плавающих частиц пыли» . Fujifilm.com . Фильм Фудзи. Архивировано из оригинала 27 июля 2005 года . Проверено 19 июня 2017 г.
^ Синтия Барон . Криминалистика Adobe Photoshop: сыщики, правда и фальсификация . Cengage Обучение; 2008. ISBN 1-59863-643-X . п. 310–.

[Fuji-1] «Отражения от плавающих частиц пыли» . Fujifilm.com . Фильм Фудзи. Архивировано из оригинала 27 июля 2005 года . Проверено 19 июня 2017 г.

[Baron2008-2] Синтия Барон . Криминалистика Adobe Photoshop: сыщики, правда и фальсификация . Cengage Обучение; 2008. ISBN 1-59863-643-X . п. 310–.

[1]

[2]