第二节　散射

当把弹性约束的带电粒子置于电磁波中，粒子就处于由电场引起的运动中。若波的频率与粒子自由振动时的固有频率相等，就会发生谐振。波的频率与粒子的固有频率不相等时才会发生散射。在散射中根据是否有部分入射光子的能量被转化，将散射分为弹性散射和非弹性散射，首先考虑弹性散射。

在弹性散射中，入射光子与散射光子的能量相同。一类特殊的弹性散射称为瑞利散射（图1-2-2）。

一个平面电磁波照射到一个总厚度为L的薄散射介质上，某一特定的时间入射波的电场可以表示为：

式中，E₀为入射电场的振幅，k为传播矢量的值，z为光轴。

具有厚度L的薄介质所造成的散射强度正比于散射系数a_s和L，即

在光轴上z处的复振幅可以通过把所有散射球面波的振幅叠加到入射平面波的振幅上来获得

如果考虑到散射θ，更为详细的表达为

当θ=0时，表示前向散射。

瑞利散射是一种弹性散射，即散射光和入射光有相同的k和λ值。一些最重要的非弹性散射称为布里渊散射（Brillouin scattering）拉曼散射（Raman scattering）。

Parsa等发现，在大多数生物组织中，光子更可能发生前向散射。他们根据实验数据定义了一个光子关于角度θ的散射几率函数p（θ）。如果p（θ）不依赖于θ，称为各向同性散射，否则称为各向异性散射。

散射的各向异性由各向异性系数g度量，当g=1时表示完全前向散射，g=-1时表示完全后方散射，当g=0时表示各向同性散射。在极坐标系中，g定义为

式中，p（θ）为几率函数：dω=sinθ dθ dФ为单位立体角，根据定义，各向异性系数g实际上代表散射角θ的余弦的平均值，可以近似地认为在大多数生物组织中，g为0.7～0.99。因此，相应的散射角大多数为8°～45°。在式中最重要的一项是函数p（θ），它也称为相函数。现在有一些理论上的相函数可以使用。而各向同性项u和Henyey-greenstein函数的复合函数可以较好地拟合实验数据。据yoon等的观点，可由下式表达：