후방 산란

사진술의 후방 산란으로, 광환 고리 내에 브로켄의 요괴가 보인다.

물리학에서 후방 산란(backscatter) 또는 역산란은 파동, 입자, 또는 신호가 원래 온 방향으로 되돌아오는 반사 현상이다. 이는 일반적으로 거울과 같은 정반사와는 달리 산란으로 인한 난반사이며, 표면에 수직 입사할 경우 정반사 후방 산란이 발생할 수 있다. 후방 산란은 천문학, 사진술, 의료 초음파 검사에서 중요한 응용 분야를 가지고 있다. 반대 효과는 순방향 산란으로, 예를 들어 구름과 같은 투명한 물질이 햇빛을 확산시켜 부드러운 빛을 내는 경우이다.

물리 공간에서 파동의 후방 산란

후방 산란은 입사하는 파동이나 입자가 다른 메커니즘에 의해 원래 방향에서 벗어나는 상당히 다른 물리적 상황에서 발생할 수 있다.

• 큰 입자와 미 산란으로 인한 난반사는 알펜글로우와 대일륜을 유발하며, 기상 레이더에 나타난다.
• 전자기파와 전달 매질 간의 비탄성 충돌 (브릴루앵 산란 및 라만 산란)은 광섬유에서 중요하며, 아래를 참조.
• 가속 이온과 시료 간의 탄성 충돌 (러더퍼드 후방 산란)
• 결정의 브래그 회절은 비탄성 산란 실험(중성자 후방 산란, X선 후방 산란 분광학)에 사용된다.
• 콤프턴 산란은 후방 산란 X선 이미징에 사용된다.
• 비선형 광학에서 관찰되는 유도 후방 산란은 삼파 방정식의 해 클래스로 설명된다.

때로는 산란이 다소 등방성으로, 즉 입사하는 입자들이 후방 산란에 대한 특별한 선호 없이 다양한 방향으로 무작위로 산란된다. 이러한 경우 "후방 산란"이라는 용어는 단지 실제적인 이유로 선택된 검출기 위치를 지칭한다.

• X선 이미징에서 후방 산란은 투과 이미징의 정반대를 의미한다.
• 비탄성 중성자 또는 X선 분광학에서 후방 산란 기하학은 에너지 분해능을 최적화하기 위해 선택된다.
• 천문학에서 후방 산란광은 위상각이 90° 미만으로 반사된 빛이다.

다른 경우에는 산란 강도가 후방 방향으로 증가한다. 이는 다음과 같은 여러 가지 이유가 있을 수 있다.

• 알펜글로우에서는 스펙트럼의 파란색 부분이 레일리 산란에 의해 고갈되기 때문에 붉은색 빛이 우세하다.
• 대일륜에서는 건설적인 간섭이 역할을 할 수 있다.
• 코히어런트 후방 산란은 무작위 매체에서 관찰되며, 가시광선의 경우 현탁액과 같은 현탁액에서 가장 전형적이다. 약한 국지화로 인해 후방 방향에서 향상된 다중 산란이 관찰된다.
  • 후방 산란 정렬 (BSA) 좌표계는 레이더 응용 분야에서 자주 사용된다.
  • 전방 산란 정렬 (FSA) 좌표계는 주로 광학 응용 분야에서 사용된다.

표적의 후방 산란 특성은 파장에 따라 달라지며 편광에 따라 달라질 수도 있다. 따라서 여러 파장 또는 편광을 사용하는 센서 시스템은 표적 특성에 대한 추가 정보를 추론하는 데 사용될 수 있다.

레이더, 특히 기상 레이더

후방 산란은 레이더 시스템의 원리이다. 기상 레이더에서 후방 산란은 파장이 입자 직경보다 큰 경우(레일리 산란) 표적 직경의 6제곱에 표적의 고유 반사 특성을 곱한 값에 비례한다. 물은 얼음보다 거의 4배 더 반사적이지만 물방울은 눈송이나 우박보다 훨씬 작다. 따라서 후방 산란은 이 두 가지 요인의 혼합에 따라 달라진다. 가장 강한 후방 산란은 크기 때문에 우박과 큰 싸라기눈 (고체 얼음)에서 나오지만, 비레일리(비미 산란) 효과는 해석을 혼란스럽게 할 수 있다. 또 다른 강한 반사는 녹는 눈이나 젖은 진눈깨비에서 나오는데, 이는 크기와 물 반사성을 결합하기 때문이다. 이들은 종종 실제 발생하는 강수량보다 훨씬 높은 브라이트 밴드로 나타난다. 비는 적당한 후방 산란을 보이며, 큰 물방울(뇌우 등)에서는 더 강하고 작은 물방울(박무 또는 이슬비 등)에서는 훨씬 약하다. 눈은 다소 약한 후방 산란을 보인다. 이중 편광 기상 레이더는 수평 및 수직 편광에서 후방 산란을 측정하여 수직 및 수평 신호의 비율에서 모양 정보를 추론한다.

도파관에서

후방 산란 방법은 광섬유 응용 분야에서 광학 결함을 감지하는 데에도 사용된다. 광케이블을 통해 전파되는 빛은 레일리 산란으로 인해 점진적으로 감쇠된다. 따라서 결함은 레일리 후방 산란광의 일부 변화를 모니터링하여 감지된다. 후방 산란광은 광섬유 케이블을 따라 이동하면서 지수 함수적으로 감쇠하므로, 감쇠 특성은 로그 눈금 그래프로 표현된다. 그래프의 기울기가 가파르면 전력 손실이 높다. 기울기가 완만하면 광섬유는 만족스러운 손실 특성을 갖는다.

후방 산란 방법에 의한 손실 측정은 광섬유 케이블을 절단하지 않고 한쪽 끝에서 광섬유 케이블을 측정할 수 있게 하므로 광섬유 건설 및 유지 보수에 편리하게 사용될 수 있다.

사진술에서

섬네일을 만드는 중 오류 발생:  이 부분의 본문은 후방 산란 (사진술)입니다.

스마트폰 플래시 빛이 모래 입자를 반사하는 모습.

사진술에서 후방 산란이라는 용어는 플래시, 스트로브 또는 비디오 조명에서 나오는 빛이 렌즈의 시야에 있는 입자에서 반사되어 사진에 빛의 반점이 나타나는 것을 의미한다. 이는 때때로 오브 아티팩트(orb artifacts)라고 불리는 현상을 유발한다. 사진의 후방 산란은 눈송이, 비 또는 안개, 또는 공기 중의 먼지에서 발생할 수 있다. 현대의 소형 및 초소형 카메라, 특히 디지털 카메라의 크기 제한으로 인해 렌즈와 내장 플래시 사이의 거리가 감소하여 렌즈에 대한 빛 반사 각도가 감소하고 일반적으로 육안으로 보이지 않는 입자에서 빛이 반사될 가능성이 증가한다. 따라서 오브 아티팩트는 작은 디지털 또는 필름 카메라 사진에서 흔히 발생한다.

같이 보기

• 백스캐터 (이메일)
• 후방 산란 X선 (공항 보안 검색 응용 분야 등)
• 전방 산란
• 산란
• 전자 후방 산란 회절