其中,n=1,2,3。n的具体取值取决于微粒的大小。
3) 散射光的偏振度随 的增加而减小,这里r是散射粒子的线度,λ是入射波长。
当散射粒子的线度与波长近似时,散射光强对于光矢量振动平面的对称性被破坏,随着悬浮粒子线度的增大,沿入射光方向的散射强度将大于逆入射光方向的散射强度。
Mie散射也可以解释很多自然现象,比如蓝天中飘着的云为什么呈白色?是由于组成白云的是无数小水滴,这些小水滴的线度接近或大于可见光的波长,发生了Mie散射。
2.2 特性参数
2.2.1 粒子辐射特性参数
粒子的辐射特性通常用衰减截面、吸收截面、散射截面,以及衰减因子、吸收因子、散射因子来描述[6]。光谱衰减截面 、光谱吸收截面 、光谱散射截面 分别表示为
(2.1)
式中,N——粒子的数密度(单位体积内粒子的数目),m-3。
所以 , , 均具有面积的单位m2,从上式可以看出,散射截面是单位体积内单个粒子的散射系数;吸收截面及衰减截面其物理意义与散射截面类似。 对于非均匀粒径的粒子群,有
(2.2)
式中,D——粒径,单位为m或μm;
, , ——分别表示直径为D的粒子的衰减、吸收及散射截面;
N(D)——粒子疏密度分布,单位为 。
在粒子辐射特性的研究中,为了解粒子对光的吸收和散射作用,学者定义了吸收、散射和衰减因子。散射因子 的定义:散射截面与入射方向上散射体的几何投影G之比;吸收因子 ,衰减因子 的定义与散射因子相似,他们的表示分别为
(2.3)
诸截面的关系为
(2.4)
2.2.2尺度参数
当颗粒尺寸很小时,其表面的辐射特性与表面积的无关,与粒子尺寸大小有关。除了粒子尺寸对其辐射特性有着较大的影响,入射的波长也与辐射特性相关,所以在描述粒子尺寸对其辐射特性的影响时,引入参量尺度参数χ,使描述简化。对于球形粒子,尺度参数χ是通过球心的截圆周长与波长之比,D是粒子的直径。当χ﹥﹥1时,粒子直径远大于波长,称为大粒子,如地球、烟气中的飞灰粒子,描述其热辐射特性时可用几何光学与衍射理论,大粒子辐射特性与其表面辐射特性基本相同,粒子表面辐射特性的表示,需要考虑包含表面粗糙度影响的表面发射率。当粒子直径与波长相近时,粒子直径与波长属于同样数量级,此时粒子的表面粗糙度与波长相比,通常可以忽略不计,而通过粒子的电磁波与粒子的电磁场相互干扰的作用不能忽略,不能简单使用几何光学计算,要用 Mie电磁理论来计算。这种粒子通常称为米氏粒子。当χ﹤﹤1时,粒子很小,如气体分子,此时的散射通常称为Rayleigh散射。
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