Backscatter
Backscatter
Wsteczne rozpraszanie słońca na chmurach dające widmo Brockena .
| Rodzaj | Zjawisko fizyczne |
|---|
Wstecznie jest częścią fali nadawczej , z cząstek lub sygnały do pierwotnego kierunku. Jest to zwykle odbicie rozproszone , w przeciwieństwie do zwierciadlanego odbicia od lustra, chociaż zwierciadlane rozproszenie wsteczne może wystąpić w normalnym przypadku z powierzchnią. Rozpraszanie wsteczne ma ważne zastosowania w astronomii , fotografii , radarach i ultrasonografii medycznej. Odwrotnym efektem jest rozpraszanie do przodu, na przykład gdy półprzezroczysty materiał, taki jak chmura, rozprasza światło słoneczne i daje miękkie światło.
Definicja
Czasami rozpraszanie jest mniej lub bardziej izotropowe, tj. Nadchodzące cząstki są rozpraszane losowo w różnych kierunkach, bez szczególnej preferencji dla rozpraszania wstecznego. W takich przypadkach termin „rozproszenie wsteczne” odnosi się po prostu do lokalizacji detektora wybranej z pewnych praktycznych powodów:
- w obrazowaniu rentgenowskim rozproszenie wsteczne oznacza po prostu kierunek przeciwny do obrazowania transmisyjnego;
- w spektroskopii do nieelastycznych neutronów lub promieni rentgenowskich wybiera się geometrię rozpraszania wstecznego, ponieważ optymalizuje rozdzielczość energii;
- W astronomii światło rozproszone wstecznie jest odbite przy kącie fazowym mniejszym niż 90 ° od kąta emisji.
W innych przypadkach intensywność dyfuzji zwiększa się do tyłu. Może to mieć różne przyczyny:
- W alpenglow dominuje światło czerwone, ponieważ niebieska część widma jest wyczerpana przez rozpraszanie Rayleigha ;
- W gegenschein konstruktywna ingerencja może odgrywać rolę;
- Spójne rozpraszanie wsteczne obserwuje się w ośrodkach losowych (w przypadku światła widzialnego najczęściej występuje to w zawiesinach, takich jak mleko). Z powodu złej lokalizacji obserwuje się poprawione wielokrotne rozpraszanie w kierunku wstecznym.
Przyczyny
Rozpraszanie wsteczne może wystąpić w zupełnie różnych sytuacjach fizycznych, w których przychodzące fale lub cząstki są odchylane od ich pierwotnego kierunku przez różne mechanizmy:
- Rozproszone odbicie od dużych cząstek i rozpraszania Mie , powodujące rozproszenie wsteczne alpenglow , gegenschein i radaru ;
- Nieelastyczne zderzenia fal elektromagnetycznych z ośrodkiem emitującym ( rozpraszanie Brillouina i rozpraszanie Ramana ), istotne w światłowodzie;
- Elastyczne zderzenia między przyspieszonymi jonami a próbką ( spektroskopia rozpraszania wstecznego Rutherforda );
- Dyfrakcja Bragga na kryształach, stosowana w eksperymentach z rozpraszaniem nieelastycznym (rozpraszanie wsteczne neutronów, spektroskopia rozpraszania wstecznego promieniowania rentgenowskiego);
- Rozpraszanie Comptona , stosowane w obrazowaniu rentgenowskim z rozproszeniem wstecznym;
- Stymulowane rozpraszanie wsteczne obserwowane w optyce nieliniowej i opisane przez klasę rozwiązań równania trójfalowego.
Właściwości rozpraszania wstecznego celu są zależne od długości fali i mogą również zależeć od polaryzacji . Systemy czujników wykorzystujące wiele długości fal lub polaryzacji mogą być zatem wykorzystane do uzyskania dodatkowych informacji o właściwościach celu.
Używa
Analiza cząstek
W analizie radiochemicznej nauk o materiałach do określenia jej struktury wykorzystuje się rozpraszanie wsteczne wiązki jonów o wysokiej energii lub elektronów uderzających w próbkę.
Falowód
Proces rozpraszania wstecznego jest stosowany w zastosowaniach światłowodowych i falowodowych do wykrywania defektów optycznych. Światło rozchodzące się przez te media słabnie wykładniczo z powodu rozpraszania Rayleigha. Jeśli nachylenie logarytmicznego wykresu transmisji jest strome, strata mocy jest duża. Jeśli nachylenie jest łagodne, światłowód wykazuje zadowalającą charakterystykę strat. Pomiar strat metodą rozpraszania wstecznego może mierzyć kabel światłowodowy na jednym końcu bez przecinania światłowodu, dlatego można go wygodnie stosować do budowy i konserwacji włókien światłowodowych.
Fotografia
Określenie rozpraszania w fotografii odnosi się światło z lampy błyskowej lub strobu odbijających cząstek do pola widzenia obiektywu, powodując plamki światła wyświetlane na zdjęciu. Daje to początek tak zwanym artefaktom orbitalnym. Fotograficzne rozpraszanie wsteczne może być spowodowane przez płatki śniegu, deszcz, mgłę lub unoszący się w powietrzu kurz. Ze względu na ograniczenia rozmiarów nowoczesnych aparatów kompaktowych i ultrakompaktowych, zwłaszcza cyfrowych, odległość między obiektywem a wbudowaną lampą błyskową zmniejszyła się, zmniejszając tym samym kąt odbijania światła w kierunku obiektywu i zwiększając prawdopodobieństwo pojawienia się światła. odbicie od normalnie niewidocznych cząstek. W rezultacie artefakt kuli jest powszechny w przypadku małych zdjęć z aparatów cyfrowych lub filmowych.
Teledetekcja
Rozpraszanie wsteczne to podstawowa zasada działania systemów ultradźwiękowych, radarowych, sonarowych i lidarowych. Wszystkie wykorzystują właściwość celów, polegającą na odbijaniu części energii padającej z powrotem do nadajnika sygnału lub wtórnego odbiornika. Ogólnie rzecz biorąc, użyjemy zakresu rozpraszania Rayleigha, aby uzyskać proporcjonalność między sygnałem zdarzenia a powrotem. Mierząc opóźnienie między transmisją a odbiorem impulsu rozproszonego wstecznie przez różne cele, możliwe jest również określenie ich odległości od nadajnika, a tym samym ich położenia. Gdy czujnik się porusza, rejestrowanie i przetwarzanie wstecznie rozproszonego sygnału tworzy dwuwymiarowy obraz powierzchni oświetlanej mikrofalami.
W radarach pogodowych rozproszenie wsteczne jest proporcjonalne do szóstej potęgi średnicy celu pomnożonej przez jego nieodłączne właściwości odbicia, pod warunkiem, że długość fali jest większa niż średnica cząstek. Woda odbija prawie 4 razy więcej niż lód, ale kropelki są znacznie mniejsze niż płatki śniegu czy gradobicie, a zatem rozpraszanie wsteczne zależy od połączenia tych dwóch czynników. Najsilniejsze rozproszenie wsteczne pochodzi z gradu i dużych granulek lodu ze względu na ich rozmiar, ale efekty inne niż Rayleigh (rozpraszanie Mie) mogą zakłócać interpretację. Innym ważnym sprzężeniem zwrotnym jest błoto pośniegowe, które łączy w sobie rozmiar płatków śniegu i współczynnik odbicia wody i wzmacnia sprzężenie zwrotne zwane „ błyszczącym pasmem ”. Radary pogodowe z podwójną polaryzacją mierzą rozproszenie wsteczne do polaryzacji poziomej i pionowej, aby uzyskać informacje o kształcie i rodzaju opadów .
Skaner rentgenowski przechwytuje rozpraszanie wsteczne promieni rentgenowskich o bardzo niskiej energii, aby zapewnić bezpieczeństwo na lotniskach. Pozwala na podgląd przedmiotów znajdujących się w bagażu lub ukrytych pod ubraniem.
Bibliografia
- OQLF , „ Rétrodiffusion ” , Gouvernement du Québec,2021(dostęp 11 kwietnia 2021 ) .
- JF Le Men i in. , „ Backscattering: Theoretical przypomnienia ” , Notatki z wykładów , Uniwersytet w Rennes ,2021(dostęp 11 kwietnia 2021 ) .
- (w) „Flash Reflections od unoszących się cząstek pyłu” (publikacja z 27 lipca 2005 r. W archiwum internetowym ) , Fuji Film, na Fujifilm.com .
- Cynthia Baron, Adobe Photoshop Forensics: Sleuths, Truths and Fauxtography , Cengage Learning,2008, 384 pkt. ( ISBN 1-59863-643-X , czytaj online ) , str. 310.
- Natural Resources Canada , „ Radar Basics ”, Rząd Kanady,23 listopada 2015(dostęp 11 kwietnia 2021 ) .
- (w) M Mahesh , „ Używanie skanerów całego ciała na lotniskach ” , BMJ , vol. 340 n O 7745,marzec 2010, c993 ( DOI 10.1136 / bmj.c993 , czytaj online ).
Powiązane artykuły
- Hail Peak (Three-Body Backscatter)