В физике обратное рассеяние (или обратное рассеяние ) — это отражение волн , частиц или сигналов обратно в то направление , откуда они пришли . Обычно это диффузное отражение из-за рассеяния , в отличие от зеркального отражения , как от зеркала , хотя зеркальное обратное рассеяние может произойти при нормальном падении на поверхность. Обратное рассеяние имеет важные применения в астрономии , фотографии и медицинской ультрасонографии . Противоположным эффектом является прямое рассеяние , например, когда полупрозрачный материал, такой как облако, рассеивает солнечный свет , давая мягкий свет .
Обратное рассеяние может происходить в совершенно разных физических ситуациях, когда входящие волны или частицы отклоняются от своего первоначального направления с помощью разных механизмов:
Иногда рассеяние более или менее изотропно, т. е. налетающие частицы беспорядочно рассеиваются в различных направлениях, без особого предпочтения рассеянию назад. В этих случаях термин «обратное рассеяние» просто обозначает место расположения детектора, выбранное по некоторым практическим соображениям:
В других случаях интенсивность рассеяния увеличивается в обратном направлении. Это может иметь разные причины:
Свойства обратного рассеяния цели зависят от длины волны, а также могут зависеть от поляризации. Таким образом, сенсорные системы, использующие несколько длин волн или поляризаций, могут использоваться для получения дополнительной информации о свойствах цели.
Обратное рассеяние — это принцип, лежащий в основе радиолокационных систем. В метеорологическом радаре обратное рассеяние пропорционально 6-й степени диаметра цели, умноженной на присущие ей отражательные свойства, при условии, что длина волны больше диаметра частицы ( рэлеевское рассеяние ). Вода почти в 4 раза лучше отражает свет, чем лед, но капли намного меньше, чем снежные хлопья или градины. Таким образом, обратное рассеяние зависит от сочетания этих двух факторов. Самое сильное обратное рассеяние происходит от града и крупной крупы ( сплошного льда ) из-за их размеров, но нерэлеевские эффекты ( рассеяние Ми ) могут затруднить интерпретацию. Еще одним сильным эффектом является тающий снег или мокрый мокрый снег , поскольку они сочетают в себе размер и отражательную способность воды. Часто они показывают гораздо более высокие темпы выпадения осадков , чем на самом деле в так называемой яркой полосе . Дождь — это умеренное обратное рассеяние: оно сильнее при больших каплях (например, во время грозы ) и намного слабее при небольших каплях (например, тумане или мороси ). Снег имеет довольно слабое обратное рассеяние. Метеорологические радары с двойной поляризацией измеряют обратное рассеяние при горизонтальной и вертикальной поляризации, чтобы получить информацию о форме на основе соотношения вертикальных и горизонтальных сигналов.
Метод обратного рассеяния также используется в волоконной оптике для обнаружения оптических дефектов. Свет, распространяющийся по оптоволоконному кабелю, постепенно затухает из-за рэлеевского рассеяния . Таким образом, неисправности обнаруживаются путем мониторинга изменения части обратно рассеянного по Рэлею света. Поскольку обратно рассеянный свет экспоненциально затухает по мере прохождения по оптоволоконному кабелю , характеристика затухания представлена в виде графика в логарифмическом масштабе . Если наклон графика крутой, потери мощности велики. Если наклон пологий, оптическое волокно имеет удовлетворительные характеристики потерь.
Измерение потерь методом обратного рассеяния позволяет измерять оптоволоконный кабель на одном конце без разрезания оптического волокна, поэтому его можно удобно использовать для строительства и обслуживания оптических волокон.
Термин обратное рассеяние в фотографии относится к свету вспышки или стробоскопа , отражающемуся от частиц в поле зрения объектива, вызывая появление пятен света на фотографии. Это приводит к появлению того, что иногда называют артефактами-сферами . Фотографическое обратное рассеяние может быть результатом снежинок, дождя или тумана, а также пыли, переносимой по воздуху. Из-за ограничений по размерам современных компактных и сверхкомпактных фотокамер, особенно цифровых, расстояние между объективом и встроенной вспышкой уменьшилось, тем самым уменьшился угол отражения света на объектив и увеличилась вероятность отражения света. от обычно невидимых частиц. Следовательно, артефакт в виде шара является обычным явлением на небольших фотографиях, сделанных цифровой или пленочной камерой. [1] [2]