定义
光向其他方向发送的过程，通常但不总是随机发送。
在各种情况下，光可以被散射，即发送到其他方向。 术语散射主要用于漫射散射，其中光被发送到广泛的方向。 一个经典的例子是在粗糙的表面上散射光，具有微观不规则的结构。
然而，也存在受激散射的情况，其中散射光的方向由某些入射光决定。
本文描述了在光散射背景下发生的各种物理机制。
瑞利散射
瑞利散射，以瑞利勋爵的名字命名，是电磁辐射在粒子（或其他实体，见下文）处的弹性散射，其波长远小于辐射的波长。 在光学领域，这通常意味着粒径远低于1μm，即纳米尺寸或更小。
弹性散射意味着散射光的波长不会改变，除了由于运动而可能引起的多普勒频移。 这意味着散射粒子的内部能量不会改变；例如，不涉及电子激励或去励磁。 该过程可以描述为粒子（散射中心）由于光而经历振荡偏振，并且偏振导致光向各个方向辐射。 同时，入射光也会相应衰减。
散射强度与光学频率的四次方或波长的反四次方成比例。 这是偶极子辐射的基本性质造成的。
此外，可以证明散射强度与1 + cos2θ，其中 θ 是散射角（例如，π 表示朝向源的反向散射）。 这意味着向前和向后散射比横向散射更强。 这可以通过考虑感应偶极子在垂直于入射光传播方向的方向上振荡来理解，并且它们不能沿振荡方向辐射。
瑞利散射是光学玻璃光纤（特别是单模光纤）在较短波长（例如在可见光和紫外光谱范围内）传播损耗的主要原因。 即使对于完美的玻璃质量，散射也会发生在玻璃中的密度波动中，这在某种程度上是不可避免的。 因此，对于略低于红外吸收边沿的波长，可以实现最低的传播损耗。 对于二氧化硅纤维，这在1.5μm至1.6μm的波长范围内。
三重散射
当散射粒子的大小与光的波长相似时，就会发生Mie散射。 在这里，在粒子上不同位置的散射贡献上，光学相位有显着变化。 在这里，人们发现 - 与瑞利散射相反 - 散射强度并不依赖于光学波长；这与牛奶的白色外观一致，其中Mie散射发生在水中不那么小的脂肪滴处。 另一个发现是前向散射比后向散射更强，因为粒子上不同散射位置的贡献的相对相位差变小。
Mie散射与气象光学特别相关，但在生物医学领域也是如此。
拉曼和布里渊散射
拉曼和布里渊散射是非弹性散射过程的例子，其中散射粒子的内能发生变化。 例如，对于气体分子的拉曼散射，分子的振动和旋转状态会发生变化；通常，分子在散射过程后具有更高的能量，这意味着散射光的光子能量相应较低（斯托克斯分量→斯托克斯位移）。 如果分子最初被激发，还可以获得具有增加光学频率的反斯托克斯成分。 同样，拉曼散射可以发生在固体中，涉及所谓的光学声子，即频率相对较高（在太赫兹区域）的声子。布里渊固体散射涉及在千兆赫兹区域频率低得多的声声子。
拉曼和布里渊散射都可以在相应的修改光学频率和适当的传播方向上用额外的入射光来激发。 例如，光纤中的受激布里渊散射通常只能在反向方向上实现。 注入的低频后向波在此过程中经历放大；所涉及的声波也是如此。 即使没有注入反向传播的光波，对于足够高的布里渊增益，人们也可能获得强烈的反向波，该波从自发的布里渊散射开始，然后经历强烈的非线性放大。
有关更多详细信息，请参阅有关拉曼散射和布里渊散射的文章。
散射引起的光传播损耗
散射是光学元件传播损耗的主要原因。
上面已经提到，散射限制了光学玻璃光纤中可实现的传播损耗。
散射也是使用陶瓷介质作为光学材料的基本挑战。 然而，在一些陶瓷介质中，微晶非常小，散射损失不再大。 例如，可以制造具有高光学质量的陶瓷Nd：YAG。
由于材料的不均匀性，光散射不仅发生在光学材料内部，而且经常发生在光学表面上。 这是因为光学材料和空气之间的高折射率对比度。 通常通过以非常高的质量抛光光学表面来最大限度地减少光学表面的散射损失。
瑞利散射的强频率依赖性也解释了为什么紫外光学的散射损耗通常比红外光学更严重的问题。
散射的应用
虽然散射损耗是光学中的常见问题，但光散射也有各种应用。 一些例子（都涉及弹性散射）：
- 光散射通常是产生图像对比度的机制，例如在显微镜中。
- 显示屏基于光散射。
- 漫散射表面通常用于提供均匀的照明。 例如，人们经常在灯泵浦激光器的激光头中使用白色陶瓷，以获得平滑的泵浦强度分布。
- 人们可以基于散射介质构建光学扩散器。 它们用于避免不必要的光的空间相干性。
