В физике обратное рассеяние ( или обратное рассеяние) — это отражение волн , частиц или сигналов обратно в направлении , откуда они пришли. Обычно это диффузное отражение из-за рассеяния , в отличие от зеркального отражения , как от зеркала , хотя зеркальное обратное рассеяние может происходить при нормальном падении на поверхность. Обратное рассеяние имеет важные приложения в астрономии , фотографии и медицинской ультрасонографии . Противоположный эффект — 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 различных механизмов:
Иногда рассеяние более или менее изотропно, то есть входящие частицы рассеиваются случайным образом в различных направлениях, без особого предпочтения обратному рассеянию. В этих случаях термин «обратное рассеяние» просто обозначает местоположение детектора, выбранное по некоторым практическим причинам:
В других случаях интенсивность рассеяния увеличивается в обратном направлении. Это может иметь разные причины:
Свойства обратного рассеяния цели зависят от длины волны и могут также 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 метеорологических радарах обратное рассеяние пропорционально 6-й степени диаметра цели, умноженного на присущие ей отражательные свойства, при условии, что длина волны больше диаметра частицы ( рэлеевское рассеяние ). Вода почти в 4 раза более отражательна, чем лед, но капли намного меньше снежинок или градин. 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 запутать интерпретацию. Еще один сильный возврат — от тающего снега или мокрого снега , поскольку они сочетают размер и отражательную способность воды. Они часто показывают гораздо более высокие показатели осадков , чем на самом деле происходит в так называемой яркой полосе . Дождь — это умеренное обратное рассеяние, сильнее с крупными каплями (например, от грозы ) и намного слабее с мелкими каплями (например, туман или морось ). Снег имеет довольно слабое обратное рассеяние. Метеорологические радары с двойной поляризацией измеряют обратное рассеяние при горизонтальной и вертикальной поляризации, чтобы вывести информацию о форме из соотношения вертикального и горизонтального сигналов.
Метод обратного рассеяния также используется в волоконно-оптических приложениях для обнаружения оптических неисправностей. Свет, распространяющийся по волоконно-оптическому кабелю, постепенно затухает из-за рэлеевского рассеяния . Таким образом, неисправности обнаруживаются путем мониторинга изменения части рэлеевского обратно рассеянного света. Поскольку обратно рассеянный свет затухает экспоненциально по мере прохождения по оптоволоконному кабелю , характеристика затухания представлена на графике логарифмической шкалы . Если наклон графика крутой, то потери мощности высоки. Если наклон пологий, то оптическое волокно имеет удовлетворительную характеристику потерь.
Измерение потерь методом обратного рассеяния позволяет проводить измерения на одном конце оптоволоконного кабеля, не разрезая оптическое волокно, поэтому его можно удобно использовать для строительства и обслуживания оптоволоконных кабелей.
Термин обратное рассеяние в фотографии относится к свету от вспышки , стробоскопа или видеоосветителей, отражающемуся от частиц в поле зрения объектива, что приводит к появлению пятен света на фотографии. Это приводит к появлению того, что иногда называют артефактами шара . Фотографическое обратное рассеяние может быть вызвано снежинками, дождем или туманом, или воздушной пылью. Из-за ограничений по размеру современных компактных и сверхкомпактных камер, особенно цифровых, расстояние между объективом и встроенной вспышкой уменьшилось, тем самым уменьшая угол отражения света к объективу и увеличивая вероятность отражения света от обычно невидимых частиц. Следовательно, артефакт шара является обычным явлением для фотографий, сделанных небольшими цифровыми или пленочными камерами. [1] [2]