米氏散射
米氏散射（Mie scattering）亦有译为“梅散射”。由粒度与辐射波长相仿的微粒引起的散射现象。讨论光在大气中传播时，被散射的规律的理论。光在大气中传播时，其散射量的大小取决于大气中物质颗粒的大小、数量以及光波的波长。
1908年，德国物理学家、光学家米（G.Mie）从散射矩阵的理论出发，建立了全面的来氏散射理论，用以定量计算入射光能量的散射衰减。米氏理论证明：Kα\u003c0.3时，瑞利的光强度与波长 λ4成反比的定律是正确的，Kα较大时，散射强度和波长的关系不很明显。
米氏理论可用于烟微粒对光散射的研究、检测粉尘颗粒物浓度、选择气溶胶的探测波段。
简介
德国物理学家米创立了关于这种散射的理论。这一理论认为，大气中的微粒大小和波长相仿时，会发生比较复杂的散射图象。米氏散射的强度与光波长的2次方成反比，且随着颗粒的增大，散射强度随波长变化的起伏变弱，如果颗粒尺寸再增加，大于50λ，那么就不能再以散射模型来分析，而是直接以几何光学模型来讨论了。米氏散射主要是由大气中的微粒，比如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。米氏散射对任何波长的光的散射程度都是一样的，所以太阳光通过各个微粒之后散射出的光是白色的。
定义
米氏散射定义为光与(粒子)物质之间的相互作用，而且物质的尺寸与入射光的波长相当。米氏散射可视为由粒子中的大量相干激发基本发射体(即分子)发出的射线。由于粒子的线性尺寸与辐射波长相当，因此会出现干涉效应。
简史
1908年，德意志帝国物理学家、光学家米从散射矩阵的理论出发，建立了全面的米氏散射理论，用以定量计算入射光能量的散射衰减。在散射能量的计算上，米氏散射理论的核心是根据气溶胶粒子的尺寸与折射率，求出粒子群的消光系数，然后，由密度谱积分求得介质整体衰减。米氏论述了由任意大小和折射率均匀的球形粒子产生的光散射，提出了具有适当边界条件的麦克斯韦方程的解。
原理
由较大颗粒(线度接近或大于光波长)产生的散射称为米氏散射。当粒子线度a与光波长可以比拟(数量级为0.1~10)甚至更大时，随着粒子线度的增大，散射光强与波长的依赖关系逐渐减弱，而且散射光强随波长的变化出现起伏，这种起伏的幅度也随着比值的增大而逐渐减少。
米氏散射只是吸收过程的一部分，但根据与瑞利散射情形类似的推断可知，对于窄射束来说，来氏散射可视为一一个吸收过程，其消光系数为。
按米氏散射理论，光波散射的一般规律是：
第2、3、4种情况主要指大气中所含的杂质，如蒸汽凝聚升华后形成的水滴(云和雾)、冰晶、海水、飞沫、灰尘、土壤、煤、火山灰和微生物孢子等直径与光波长为同一数量级或稍大于光波长的颗粒对光的散射。另外，大约50%的悬浮微粒能溶于水并使水汽凝结，从而改变了微粒的光学性质，也改变了大气的光学性质。但只有当相对湿度超过一定范围(该范围因物质不同而异，界限大致为35%~60%)时，大气光学性质的改变才是显著的。随着相对湿度的增大，水汽就陆续凝结在某些微粒上，在微粒尺寸增加的同时，折射率也改变，于是消光效率和散射光数量也增大。例如，当地面附近的相对湿度从70%增至95%时，水平能见度降低1/2~5/6。
适用条件
米氏散射适用于有相同直径与成分，无规则分布且彼此分开的距离比一个波长大得多的微粒对光散射情况。在此情况下，不同微粒散射光之间没有相干的位相关系，因而总散射能就等于被一个球散射的能量与球总数的乘积。微粒半径α和波长之比（微粒半径；波长）用参量Kα来表征，。
应用
粉尘颗粒物浓度检测
基于米氏散射理论的粉尘颗粒物浓度检测传感器，其检测原理为米氏散射理论。当光束通过光学性质不均匀的物质时，沿光束侧向能够观察到光，这便是光的散射现象。在低层大气中，占散射主导地位的是由直径大于波长的0.03倍的粒子造成的散射，即米氏散射。
选择气溶胶的探测波段
气溶胶是气体和在重力场中具有一定稳定性的沉降速度小的质粒的混合系统。在卫星遥感中，必须考虑到气溶胶的散射和吸收作用。当气溶胶粒径大于波长的十分之一时，用瑞利理论解释散射现象就不合适了。对于较强的总散射和复杂的散射形式用米氏散射理论来解释。完整的米氏理论是表达为一个数学级数，它包括所有粒子尺度，级数的第一项相当于瑞利公式。米氏散射中最重要的控制因子既不是粒子大小的绝对值，也不是波长的绝对值，而是由粒子的尺寸参数来决定。通过计算得出可见光波段是探测大气气溶胶的主要通道。
研究影响
米氏散射最引人注目的差别是与波长之间的相关性通常要弱得多，而且在散射光的正向上主要以米氏散射为主。来氏散射截面积的计算可能很复杂(涉及对慢收敛级数求和)，甚至对球粒来说也很复杂，不过任意形状的粒子会更加复杂。但米氏理论(对于球粒来说)很成熟，有很多米氏理论数值模型可用于计算指定气溶胶类型在已知粒度分布情形下的散射相位函数和消光系数。通过引入只与几个可观察到的参数有关的散射相位函数的解析表达式，计算工作量可大大减轻。
类似现象
瑞利散射适用于孤立原子或分子的散射，也适用于纯净介质的密度起伏导致的散射，瑞利散射具有以下4个特征：
1)波长不变，即散射光波长与入射光波长相同。
2)散射光强度与波长四次方成反比。
3 )散射光强依空间方位呈哑铃形角分布.设入射光是自然光，则在与入射光方向呈角(习惯上称为散射角)的方向上，散射光强为，其中为垂直于入射光即θ=π/2方向的散射光强散射光强分布如皋市图书馆所示。
4)当自然光入射时，各方向的散射光-般为部分偏振光但在垂直入射光方向上的散射光是线偏振光，沿入射光方向或其逆方向的散射光仍是自然光。
米氏散射与瑞利散射的区别在于，米氏散射微粒较大，线度接近或大于光波长当粒子线度a与光波长可以比拟(a/\数量级为0.1~10)甚至更大时，随着粒子线度的增大散射光强与波长的依赖关系逐渐减弱，而且散射光强随波长的变化出现起伏，这种起伏的幅度也随着比值a/入的增大而逐渐减少。
参考资料
Optical absorption of small metallic particles.sciencedirect.2024-01-20
光学基础知识大讲堂 ——第8期:光的散射.暨南大学.2024-01-20
中国科学院西安光学精密机械研究所.中国科学院.2024-01-20