Zpětný rozptyl
Zpětný rozptyl
Zpětný rozptyl slunce na mračnech dávající Brockenovo spektrum .
| Typ | Fyzikální jev |
|---|
Zpětný rozptyl je součástí vysílání vlny , z částic nebo signálů k jejich původnímu směru. To je obvykle difúzní odraz , na rozdíl od zrcadlového odrazu od zrcadla, ačkoli zrcadlový zpětný rozptyl může nastat při normálním dopadu s povrchem. Zpětný rozptyl má důležité aplikace v astronomii , fotografii , radaru a lékařském ultrazvuku . Opačným účinkem je dopředný rozptyl, například když průsvitný materiál, jako je mrak, rozptyluje sluneční světlo a poskytuje měkké světlo.
Definice
Někdy je rozptyl více či méně izotropní, tj. Přicházející částice jsou rozptýleny náhodně v různých směrech, bez zvláštní preference zpětného rozptylu. V těchto případech se termín „zpětný rozptyl“ jednoduše vztahuje k umístění detektoru zvoleného z určitých praktických důvodů:
- v rentgenovém zobrazování znamená zpětný rozptyl jen opačný směr než přenosové zobrazování;
- ve spektroskopii na nepružné neutrony nebo rentgenové paprsky je vybrána geometrie zpětného rozptylu, protože optimalizuje energetické rozlišení;
- v astronomii je zpětně rozptýleným světlem světlo, které se odráží s fázovým úhlem menším než 90 ° než je úhel vyzařování.
V ostatních případech se intenzita difuze zvyšuje směrem dozadu. Může to mít různé důvody:
- V alpenglow převládá červené světlo, protože modrá část spektra je vyčerpána Rayleighovým rozptylem ;
- V gegenscheinu může hrát roli konstruktivní interference;
- V náhodných médiích je pozorován koherentní zpětný rozptyl (u viditelného světla se to nejčastěji vyskytuje v suspenzích, jako je mléko). Kvůli špatné lokalizaci je pozorován vylepšený vícenásobný rozptyl v zadním směru.
Příčiny
Zpětný rozptyl může nastat v různých fyzických situacích, kdy jsou příchozí vlny nebo částice odkloněny z původního směru různými mechanismy:
- Difúzní odraz od velkých částic a rozptyl Mie , způsobující alpenglow , gegenschein a zpětný rozptyl radaru ;
- Neelastické srážky mezi elektromagnetickými vlnami a emitujícím médiem ( Brillouinův rozptyl a Ramanův rozptyl ), důležité u optických vláken;
- Pružné srážky mezi zrychlenými ionty a vzorkem ( Rutherfordova zpětná rozptylová spektroskopie );
- Braggova difrakce z krystalů, používaná v nepružných experimentech s rozptylem (zpětný rozptyl neutronů, rentgenová zpětná rozptylová spektroskopie);
- Comptonův rozptyl, používaný při rentgenovém zobrazování zpětného rozptylu;
- Stimulovaný zpětný rozptyl pozorovaný v nelineární optice a popsaný třídou řešení třívlnné rovnice.
Vlastnosti zpětného rozptylu cíle jsou závislé na vlnové délce a mohou být také závislé na polarizaci . Senzorové systémy využívající více vlnových délek nebo polarizací lze tedy použít k odvození dalších informací o vlastnostech cíle.
Použití
Analýza částic
V radiochemické analýze vědy o materiálech se ke stanovení jeho struktury používá zpětný rozptyl paprsku vysokoenergetických iontů nebo elektronů dopadajících na vzorek.
Vlnovod
Proces zpětného rozptylu se používá v aplikacích s optickými vlákny a vlnovodem k detekci optických vad. Světlo šířící se těmito médii exponenciálně tlumí v důsledku Rayleighova rozptylu. Pokud je sklon logaritmického grafu převodovky strmý, ztráta výkonu je vysoká. Je-li sklon mírný, vykazuje optické vlákno uspokojivou ztrátovou charakteristiku. Měření ztrát metodou zpětného rozptylu může měřit kabel z optických vláken na jednom konci bez řezání optického vlákna, a proto jej lze pohodlně použít pro konstrukci a údržbu optických vláken.
Fotografování
Termín zpětného rozptylu ve fotografii označuje světlo z blesku nebo stroboskopu odrážející částice do zorného pole objektivu, což způsobí, že se na fotografii objeví skvrny světla. Tak vznikají takzvané orbitální artefakty. Fotografický zpětný rozptyl může být výsledkem sněhových vloček, deště, mlhy nebo polétavého prachu. Z důvodu omezení velikosti moderních kompaktních a ultrakompaktních fotoaparátů, zejména digitálních fotoaparátů, se zmenšila vzdálenost mezi objektivem a vestavěným bleskem, čímž se zmenšil úhel odrazu světla k objektivu a zvýšila se pravděpodobnost světla. odraz od normálně nedostatečně viditelných částic. Výsledkem je, že artefakt koule je běžný u malých fotografií z digitálních nebo filmových fotoaparátů.
Dálkový průzkum Země
Zpětný rozptyl je základním principem systémů ultrazvuku, radaru, sonaru a lidaru. Všichni používají vlastnost, kterou mají cíle, odrážející část dopadající energie zpět do vysílače signálu nebo do sekundárního přijímače. Obecně použijeme rozsah Rayleighova rozptylu k získání proporcionality mezi dopadajícím signálem a návratem. Měřením zpoždění mezi přenosem a příjmem zpětně odraženého pulzu různými cíli je také možné určit jejich vzdálenost od vysílače, a tedy i jejich polohu. Při pohybu snímače vytváří záznam a zpracování zpětně rozptýleného signálu dvourozměrný obraz mikrovlnně osvětleného povrchu.
V radary , se zpětným rozptylem je úměrná 6 th síla krát průměru cíle o jeho inherentní odrazové vlastnosti za předpokladu, že vlnová délka je větší, než je průměr částic. Voda je téměř čtyřikrát více reflexní než led, ale kapičky jsou mnohem menší než sněhové vločky nebo krupobití, a proto zpětný rozptyl závisí na směsi těchto dvou faktorů. Nejsilnější zpětný rozptyl je z krupobití a velké sněhové bouře kvůli jejich velikosti, ale jiné než Rayleighovy efekty (rozptyl Mie) mohou interferovat s interpretací. Další důležitou zpětnou vazbou je rozbředlý sníh, který kombinuje velikost sněhových vloček a odrazivost vody a poskytuje zesílení zpětné vazby zvané „ lesklý pás “. Duální polarizované meteorologické radary měří zpětný rozptyl k horizontální a vertikální polarizaci, aby se získaly informace o tvaru a typu srážek .
Rentgenový skener zachycuje rentgenový zpětný rozptyl velmi nízké energie a zajišťuje tak bezpečnost na letištích. Umožňuje vám prohlížet předměty obsažené v zavazadlech nebo skryté pod oblečením.
Reference
- OQLF , „ Rétrodiffusion “ , Gouvernement du Québec,2021(zpřístupněno 11. dubna 2021 ) .
- JF Le Men a kol. , „ Backscattering: Teoretické připomenutí “ , Skripta , University of Rennes ,2021(zpřístupněno 11. dubna 2021 ) .
- (in) „Bleskové odrazy od plovoucích částic prachu“ (vydání ze dne 27. července 2005 v internetovém archivu ) , Fuji Film, na Fujifilm.com .
- Cynthia Baron, Adobe Photoshop Forensics: Sleuths, Truths and Fauxtography , Cengage Learning,2008, 384 s. ( ISBN 1-59863-643-X , číst online ) , s. 310.
- Přírodní zdroje Kanada , „ Radar Basics “, Vláda Kanady,23. listopadu 2015(zpřístupněno 11. dubna 2021 ) .
- (in) M Mahesh , „ Použití celotělových skenerů na letištích “ , BMJ , sv. 340, n O 7745,března 2010, c993 ( DOI 10.1136 / bmj.c993 , číst online ).
Související články
- Hail Peak (zpětný rozptyl tří těl)