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1、光的散射与眩光,眼视光技术教研室 左娟燕,学习目标,1.掌握光的散射和眩光的定义2.掌握产生光的散射和眩光的原因3.掌握光的散射和眩光的分类4.熟悉瑞利散射、米散射、拉曼散射、布里渊散射的典型例子、现象5.了解眩光的危害并加以防护,一、光的散射,光学性质不均匀的原因1、均匀物质中散布者折射率与它不同的其他物质。2、物质本身组成部分（粒子）不规则的聚集所造成。例如：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液以及毛玻璃。,定义： 一般来说，我们沿光束的侧面进行观察就应当看不见光，但当光速通过光学性质不均匀的物质时，从侧面却可以看见光，这一现象叫做光的散射。,散射光是部分偏振光,蜜蜂能够感知天空散射的偏振光，利用
2、其偏振性辨别方向。根据能量是否损失将散射分为弹性和非弹性散射两大类弹性散射：散射光和入射光的频率和波长保持一致的散射，如：瑞利散射和米散射非弹性散射:散射光的频率和波长不同于入 射光的散射，如：拉曼散射和布里渊散射。,（一）瑞利散射,定义：当入射光通过的光学介质所含分子微粒尺度小于光的波长时（小于0.1m），由于构成该介质的密度涨落而被散射的现象。瑞利散射定律：散射光和入射光的频率、波长相同；散射光的强度和散射方向有关，并和波长的四次方成反比。,瑞利散射最典型的例子为大气散射(彩图1)。晴朗的天空常呈现浅蓝色，大气散射一部分来自悬浮的尘埃，大部分则是氧气和氮气的密度涨落引起的分子散射，由于后者
3、的尺度比前者小得多，所以瑞利散射作用更明显。如红光波长是蓝紫光波长的1.8倍，根据瑞利散射定律，在入射的蓝紫光的光强与红光光强相等的条件下，蓝紫光的散射大约是红光10倍。因此，浅蓝色和蓝色光比黄色和红色的光散射得更厉害，故散射光中波长较短的蓝光占优势，晴朗的天空会呈现浅蓝色。而雨过天晴时，大气中的尘埃明显降低，天空会蓝得格外美丽。,注意： 但只有在微粒尺度比光波的波长小的情况下，才能够观察到这种符合瑞利定律的散射，若微粒尺度超过了波长，那么强度与波长之间关系就比较复杂了。,（二）米散射,定义：当入射光通过的光学介质中所含分子微粒尺度与入射光波长可比拟时(如1m)，散射光的规律不再遵循瑞利定律，
4、其强度分布复杂且不对称，称为米散射。米散射中光的波长、频率不发生变化。典型的例子，白云对可见光的散射，白云是由大气中的水滴组成的，由于这些水滴的半径与可见光的波长相比已不算很小，瑞利散射不再适用。这样，水滴产生的散射与波长的关系不大，这就是云雾呈现白色的缘由。低层大气中含有较多的尘粒，这里的散射以米散射为主，阳光被散射后基本上仍为白光，因此，地平线附近的天际为灰白色或青灰色。,丁达尔现象：清晨，在茂密的树林中，常常可以看到从枝叶间透过的一道道光柱(彩图2a)，类似这种自然界现象就是丁达尔现象(Tyndall)，为米散射的一种表现。我们在化学实验室里也可以看到这种现象。,丁达尔现象产生的原因：
5、是因为在溶胶中，胶体微粒直径大小恰当，当光束照射胶粒上时，胶粒将光从各个方面全部反射，胶粒即成一小光源，故可明显地看到由无数小光源形成的光亮“通路”。散射光的强度，随着微粒直径增加而变化。悬(乳)浊液分散质粒子直径太大，对于入射光只有反射而不散射；溶液里溶质粒子太小，对于入射光散射很微弱，所以溶液和浊液无丁达尔现象。,胶体的丁达尔现象,眼科临床上常利用这种现象来检测眼前房炎症反应，正常前房在裂隙灯下为暗区；当前房出现炎症反应时，渗出物中的颗粒使得入射光束发生散射，出现彩图2b中的光亮通路，炎症越重，散射越明显。此外，还设计了激光散射光计(laser flare meter)来试图定量前房反应的
6、程度。,（三）拉曼散射,定义：在光的散射过程中，如果分子的状态也发生改变，则入射光与分子交换能量的结果可以导致散射光的频率和波长发生改变，叫做拉曼散射。拉曼散射的强度极小，约为瑞利散射的千分之一。 拉曼光谱、频率、强度及偏振等标志着散射物质的性质，用途：可用于研究分子结构以及分析化合物的成分。利用激光产生的受激拉曼散射，可致生物组织细胞损伤。,（四）布里渊散射,定义：在光的散射过程中，如果和原子的热运动模式偶合而造成了能量的微小变化，使得入射光的频率发生偏移，这种散射称为布里渊散射。作用：经过高解析光谱分析，可以得出频移的量，由此来研究物质基本性质(弹性、磁性相变)及多种交叉效应(压电、磁弹、
7、光弹等)。利用激光产生的受激布里渊散射，可致细胞破裂，出现水肿。,二、眩光,定义：眩光(glare)是指由于视野中的光源的亮度分布和亮度范围不适宜，或存在极端的亮度对比以至引起不舒适感觉或降低了对目标和细节的分辨能力的视觉现象。眩光现象是影响视觉质量的最重要因素之一。,眩光光源可分直接眩光光源和间接眩光光源。直接眩光如太阳、夜间对方来车车灯等(如彩图3a所示)；间接眩光如具有光泽的墙面、水面、镜面等物面上反射的光等(如彩图3b所示)。,（一）眩光的分类,眩光主要分为三种形式，即不适性眩光、失能性眩光和目盲眩光。1不适性眩光 由于视野中不同区域光的亮度相差太大或过亮的照明所致，会导致视觉不适，引
8、起心理上不舒适的感觉。如头痛、眼部疲劳、烧灼感、流泪等，但不一定影响视力和视功能。比如在强阳光下或在很亮的光源直射的视野中看书，或在正午从室内走到室外等情况，均会产生不适感觉，这种不适感觉可以通过视觉逃避而避免视力丢失，如驾车时面对明亮的汽车前灯要转过脸去。,2.失能性眩光 又称幕罩样眩光，是指不一定引起不舒适的感觉，但导致视力或视功能下降的眩光。如由光照在脏的车挡风玻璃上而产生的视力丢失(彩图4)。这种视功能的下降是由于眩光光源经过眼外不均匀介质或角膜、晶状体等眼内组织时产生散射，在眼内形成光幕，其叠加于视网膜物像上，造成光幕性视网膜照明,视网膜像的对比度 C=( Lmax- Lmin)/
9、(Lmax+ Lmin)式中：Lmax :视网膜像的最大亮度 Lmin视网膜像的最小亮度。 当眩光光源发生散射时，以光幕状叠加于视网膜像上，使得最大亮度和最小亮度之差保持不变，而最大亮度和最小亮度之和增大，故对比度下降。,操作演示失能性眩光(1)准备一张视力表(最好是对比敏感度视力表)。(2)在其旁边设置一盏亮度可调的灯(眩光光源)。(3)光源直接朝向受试者照射。(4)在灯关闭、开启及亮度逐渐增大状态下分别检查视力。(5)结果显示：随着亮度的逐渐增大，视力逐渐下降；光源越靠近视力表，对视力影响越大。,以鉴别驾驶员是否有眩光性失能,（二）眩光产生的原因,外界原因： 眩光的产生多数是由于光源亮度的
10、缘故 可有以下几种情况：环境亮度越低，光源本身的亮度越高，则眩光越显著；光源与眼睛的距离越近，投射方向越靠近视轴，则眩光越强烈；光源的表观面积越大，光源数目越多，则眩光越显著。,生理原因： 引起眩光的生理性原因主要有以下几点： 由于高亮度的刺激，使瞳孔缩小； 由于角膜、晶状体等对光线的散射在眼内形成光幕； 由于视网膜受高亮度的刺激，使适应状态破坏。 强光对眼睛能否产生眩光现象，眼的适应状态是重要的因素，暗适应状态下即使光线不甚强烈也可能产生眩光。,眩光的检测和评估系统：目前眼科临床上检测的大多为失能眩光。它主要评价眼内出现散射光时对视功能的影响。眼内如出现散射光附加在视网膜影像上会使视网膜像的
11、对比度下降，寻致视功能降低。由此，眩光是与对比敏感度密切相关的一种视功能,(三)眩光的防护考虑到视功能和用眼的舒适度，必须对眩光加以控制，或尽量避免，如降低眩光源亮度，增大光源与视轴之间的夹角，必要时佩戴防眩光眼镜等。,太阳眼镜警察太阳镜,渐进色防眩光太阳眼镜,小结,(1) 光束通过不均匀的媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射。(2) 当入射光通过的光学介质中所含分子微粒尺度小于光的波长时发生的散射现象称为瑞利散射。(3) 散射光和入射光波长、频率相同，散射光的强度和散射方向有关，并和波长的四次方成反比，这种关系称为瑞利散射定律。(4) 当入射光通过的光学介质中所含分子微粒尺度与入射光波长可比拟时，散射光强度分布复杂且不对称，称为米散射。(5) 眩光主要分为三种形式，即不适性眩光、失能性眩光和目盲眩光。,思考题,(1)假设一混合光经过大气层，蓝光的波长为400 nm,而红光的波长为720 nm,根据瑞利定律，散射光中蓝光和红光的强度比是多少？(2)为什么旭日和夕阳呈红色？(3)在大雾中，汽车的车灯照出的光通路属于 哪种散射？(4)激光角膜屈光手术后早期可能出现的眩光属于哪种眩光？,
