[科普中国]-反向散射

简介

在物理学中，反向散射是波、粒子或信号从它们来的方向反射回去。 它是由于散射而产生的漫反射，与镜子那样的镜面反射相反。 反向散射在天文学，摄影和医学超声检查中具有重要应用。1

在物理空间中的反向散射反向散射可以发生在完全不同的物理情况中，其中入射波或粒子通过不同的机制从原始方向偏转：

（1）大颗粒产生的漫反射和米氏散射，导致朝霞和对日照，并在气象雷达里出现；

（2）在光纤中的电磁波和传输介质之间的非弹性碰撞（布里渊散射和拉曼散射）见下文；

（3）加速离子之间的弹性碰撞（卢瑟福反向散射）；

（4）用于非弹性散射实验（中子后向散射，X射线后向散射光谱）的晶体的布拉格衍射；

（5）康普顿散射，用于后向散射X射线成像。

有时，散射或多或少是各向同性的，即进入的颗粒在各个方向上随机散乱，不特别偏向于反向散射。 在这些情况下，术语“后向散射”只是指定了由于某些实际原因而选择的检测器位置：

（1）在X射线成像中，反向散射意味着与传输成像相反；

（2）在非弹性中子或X射线光谱中，选择后向散射几何，因为它优化了能量分辨率；

（3）在天文学中，反向散射光是以相位角小于90°反射的光。

在其他情况下，散射强度在向后方向增强。 这可能有不同的原因：

（1）在朝霞中，由于瑞利蓝光部分耗散了瑞利散射，所以红灯占优势。

（2）在对日照中，干扰可能会发挥作用。

（3）在随机介质中观察到相干反向散射；对于最常见的悬浮液，如牛奶。 由于局部化弱，在后向观察到增强的多重散射。

（4）反向散射对准（BSA）坐标系通常用于雷达应用；

（5）前向散射对准（FSA）坐标系主要用于光学应用。

目标的后向散射特性是波长依赖性的，也可以是偏振相关的。 因此，可以使用使用多个波长或极化的传感器系统推断关于目标属性的附加信息。

雷达（天气雷达）反向散射是雷达系统的原理。

在天气雷达中，如果波长大于粒径（瑞利散射），则后向散射与目标直径的第6次幂乘以其固有反射特性成比例。水比冰反射几乎4倍，但水滴比雪片或冰雹石小得多。所以后向散射取决于这两个因素的混合。由于它们的尺寸，最强的反向散射来自冰雹和大霰弹（固体冰），但是非瑞利（三重散射）效应可能会混淆解释。另一个来自融雪或湿雨雪，因为它们结合了大小和水的反射率。他们经常出现比实际发生在所谓的亮带上更高的降水率。雨是一个适度的反向散射，更强大的大滴（例如雷暴），并且较小的小滴（如雾或毛毛雨）较弱。雪具有相当弱的反向散射。双极化天气雷达测量水平和垂直偏振的反向散射，以从垂直和水平信号的比率推断形状信息。

在波导方面在光纤应用中还采用后向散射方法来检测光学故障。 通过光纤传播的光线由于瑞利散射而逐渐衰减。 因此通过监测瑞利背散射光的一部分的变化来检测故障。 由于背向散射光沿着光纤电缆行进时呈指数衰减，所以衰减特性以对数刻度图表示。 如果图形的斜率陡峭，则功率损耗高。 如果坡度平缓，则光纤具有令人满意的损耗特性。

通过后向散射方法的损耗测量允许在一端测量光纤电缆而不切割光纤，因此可以方便地用于光纤的构造和维护。

在摄影中摄影中的反向散射术语是指来自闪光灯或闪光灯的光从镜头的视野中的颗粒反射回来，导致光照出现在照片中。 这引起了有时被称为“天体”的物体。 摄影反向散射可能由雪花，雨或雾或空气中的灰尘引起。 由于现代紧凑型和超小型相机尤其是数码相机的尺寸限制，透镜和内置闪光灯之间的距离已经降低，从而减少了对镜头的光反射角度，并增加了光反射的可能性 关闭正常的亚可见颗粒。 因此，对于小型数字照相机或胶片照相机，该物体的伪像是常见的。2