後向散射
在物理學中，後向散射是指波、粒子或信號反射回它們射入時的方向。其結果與來自鏡子的鏡面反射相反，通常為散射引起的漫反射，儘管鏡面後向散射也偶爾在垂直入射到表面時出現。後向散射在天文學、攝影和醫學超聲檢查中有着重要的應用。與其相對稱的效應為前向散射，例如當像雲這樣的半透明材料散射陽光時，產生的柔光效應。
波在物理空間中的後向散射 編輯
後向散射可能發生在完全不同的物理情況下，其中入射波或粒子通過不同的機制從其原始方向散射：
- 大顆粒的漫反射和米氏散射，導致晨昏蒙影和對日照現象，並出現在氣象雷達中；
- 電磁波與傳輸介質（布里淵散射和拉曼散射）之間的非彈性碰撞；
- 加速離子與樣品之間的彈性碰撞（盧瑟福後向散射）
- 來自晶體的布拉格繞射，用於非彈性散射實驗（中子後向散射， X 射線後向散射光譜）；
- 後向散射 X 射線成像（康普頓散射）；
- 受激後向散射，在非線性光學中觀察到，並在三波方程的一類解中描述。
有時，散射或多或少是各向同性的，即進入的粒子隨機地向各個方向散射，對後向散射沒有特別的偏好。在這些情況下，術語「後向散射」只是指定實際選擇的檢測器位置
在其他情況下，散射強度在向後方向上增強。這可能有不同的原因：
- 在晨昏現象中，紅光佔主導地位，因為光譜的藍色部分被瑞利散射耗盡了。
- 在對日照中，建設性干涉可能會發揮作用。
- 在隨機介質中觀察到相干後向散射；對於可見光，最典型的是在牛奶等懸浮液中。由於弱定位作用，在後向觀察到增強的多重散射。
物體的後向散射特性與波長和偏振有關。因此，使用多個波長或偏振的傳感器系統可用於檢測有關目標屬性的附加信息。
雷達（氣象雷達） 編輯
雷達系統背後的原理是基於後向散射。
在氣象雷達中，後向散射與目標直徑的 6 次方乘上其固有反射特性成正比，前提是波長大於粒子直徑（瑞利散射）。水的反射率幾乎是冰的 4 倍，但水滴比雪花或冰雹小得多。所以後向散射取決於這兩個因素的組合。由於冰雹和大霰（固體冰）的尺寸較大，最強的後向散射來自它們，但非瑞利（米氏散射）效應可能會影響結果。另一個較大的影響因素來自融化的雪或濕雨夾雪，因為它們也具有一定的尺寸和水反射率。它們通常在氣象雷達中顯示出比實際發生更高的降水率。雨是一種適度的後向散射，大雨滴（雷暴）會更強，而小雨滴（薄霧或毛毛雨）會弱得多。雪的後向散射相當弱。雙極化天氣雷達可根據垂直和水平信號的比率推斷形狀信息從而測量後向散射。
光學檢測 編輯
後向散射方法也用於光纖應用中以檢測光學故障。由於瑞利散射，通過光纖電纜傳播的光會逐漸衰減。因此，通過監測部分瑞利後向散射光的變化程度可進行故障檢測。由於後向散射光在沿着光纜傳播時呈指數衰減，因此衰減特性以對數刻度圖表示。如果圖表的斜率很陡，則功率損耗很高。如果斜率平緩，則光纖具有令人滿意的損耗特性。
後向散射法的損耗測量可以在不切斷光纖的情況下測量光纜的一端，因此可以十分方便地用於光纖的施工和維護。
攝影技術 編輯
攝影中的術語後向散射是指來自閃光燈或頻閃燈的光從鏡頭視野中的粒子反射回來，導致照片中出現光斑。這會產生有時稱為球體偽影的東西。雪花、雨水、薄霧或空氣中的灰塵可能會導致照片產生後向散射。由於現代緊湊型和超緊湊型相機，尤其是數碼相機的尺寸限制，鏡頭與內置閃光燈之間的距離減小，從而減小了光線反射到鏡頭的角度，增加了光線反射通常亞可見顆粒的可能性。因此，球狀偽影在小型數碼或膠片相機照片中很常見。 [1] [2]
參見 編輯
參考文獻 編輯
- ^ Flash reflections from floating dust particles. Fujifilm.com. Fuji Film. [19 June 2017]. （原始內容存檔於July 27, 2005）.
- ^ Cynthia Baron. Adobe Photoshop Forensics: Sleuths, Truths, and Fauxtography. Cengage Learning; 2008. ISBN 1-59863-643-X. p. 310–.