的固有光学特性
只有两件事可以发生在水:光子吸收或者散射。因此,如果我们要理解太阳辐射发生了什么进入任何给定的水体,我们需要某种程度的水吸收和散射光的程度。的吸收和散射水生媒介的属性指定任何特定波长的光的吸收系数、散射系数和体积散射函数。这些都是被Preisendorfer(1961)作为固有光学特性(IOP),因为它们的大小只取决于组成水生的物质媒介,而不是可能弥漫的光场的几何结构。它们定义了一个虚拟的帮助下,无穷小薄,平面平行层介质,照成直角的平行束单色光(图1.4)。的一些入射光由薄层被吸收。一些是
图1.4交互的一束光,一层薄薄的水介质。不吸收的光,最没有偏离原来的传播路径:一些光分散,主要在一个前进的方向。
图1.4交互的一束光,一层薄薄的水介质。不吸收的光,最没有偏离原来的传播路径:一些光分散,主要在一个前进的方向。
分散,造成偏离原来的路径。被吸收的部分的入射通量,除以层的厚度,是吸收系数,。分散的部分的入射通量,除以层的厚度,散射系数,b。
,以量化的定义我们使用大量吸收比,,,scatterance b .如果F0辐射通量(单位时间内能量或量子)事件的形式平行光束在一些物理系统,Fa是系统吸收的辐射通量,Fb是辐射通量分布的系统。然后即吸收率scatterance的分数从入射电子束辐射通量损失,分别通过吸收和散射。吸收率和scatterance称为attenuance, C:辐射通量丢失的分数从入射光的吸收和散射的总和。无穷小的薄层,厚度博士,我们代表的非常小的分数入射通量所失去的吸收和散射DA和DB,分别。然后
额外的固有光学性质,我们现在可能定义光束衰减系数,c。它是由c - a + b (1.30)
和分数的吸收及散射入射通量,除以层的厚度。如果入射通量的很小的一部分被吸收和散射的总和都失去了象征直流(DC - DA + DB)博士然后c - DC = (1.31)
吸收、散射和光束衰减系数都有1 /长度单位,通常都会在m - 1表达。
在现实世界中我们不能对无穷小薄层进行测量,所以如果我们要确定的值,b和c,我们需要这些系数表达式相关的吸收率,scatterance和梁attenuance有限厚度的层。考虑一个介质垂直地照亮薄平行束辐射通量,F0。随着光束经过,它就失去了通过吸收和散射强度。博士现在考虑一个无穷小的薄层,厚度,在中等深度,r,辐射通量在梁已经减少f博士通过辐射通量的变化是DF。attenuance的薄层
(负号是必要的因为DF必须负)
DF | F - 0和r之间cdr整合我们获得ln - - cr(1.32) 0美元
表明辐射通量减少指数随着距离沿着梁的路径。方程1.32可能重写c = ^ ln - (1.34)
光束衰减系数的值,c,因此,可以使用eqn 1.34或1.35,从测量获得强度减少的平行光束通过一个已知通路长度中等,r。
的理论基础测量的吸收散射系数不太简单。在散射与吸收介质,但可以忽略不计,关系= - ^ ln (1 - a) (1.36)
r,吸收与散射介质,但可以忽略不计,b = - ^ ln的关系(1 - b) (1.37)
r成立,但在任何介质,吸收和散射光在很大程度上,没有关系是正确的。这可以很容易被考虑这些方程的应用这样一个媒介。
eqn 1.37的情况下的一些测量光束将被吸收通路长度内r之前有机会分散,分散的光线,B,将低于所需满足的方程。类似地,将会有一个值低于要求满足eqn 1.36以来的一些将被删除从测量光束散射光之前,有机会被吸收。
以实际测量a或b必须规避这些问题。在吸收系数的情况下,可以安排,大多数的光散射测量光束仍通过大约相同的媒介通路长度,收集的检测系统。因此总散射衰减的贡献是非常小的,eqn 1.36可以使用。在散射系数的情况下没有仪器的方法避免了损失分别吸收,所以必须确定吸收和适当的修正的散射数据。我们将更详细地考虑a和b的方法测量后(§§3.2和4.2)。
光散射的影响渗透到媒介的价值不仅取决于散射系数的角分布也产生的散通量主要散射过程。这个角分布特征形状对于任何给定介质和指定的体积散射函数,b (0)。这是定义为一个给定的方向的辐射强度从体积元,dV平行光束照明,每单位体积的横截面上的辐照度,和单位体积(图1.5)。的定义通常是用数学表达形式
因为,从§1.3中定义
在dF(0)元素的辐射通量立体角,面向角0梁,和F0通量事件横截面积,dS,既然dV = dS。博士,博士是体积元的厚度,然后我们可以写
1 sr_1体积散射函数单元。
光散射从平行光束通过薄层介质的径向对称光束的方向。因此,光散射角0应该被认为是一个锥与半张角0,而不是一支铅笔的光(图1.5 b)。
从eqn 1.39 b(0)我们看到是辐射通量方向单位立体角分散0,单位在媒介通路长度,表示为一个入射通量的比例。角间隔0到0 + D0对应于一个元素的立体角等于2 p罪0 D0(图1.5 b)所以入射辐射通量的比例分散在这个角间隔(单位通路长度)是b (0) 2 p 0 D0的罪。获得的比例分散在dV入射通量,
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