後方散乱

物理学では、後方散乱（または後方散乱）とは、波、粒子、または信号が、それらが来た方向へ反射して戻ることです。鏡のような鏡面反射とは対照的に、後方散乱による拡散反射が一般的ですが、鏡面後方散乱は表面との垂直入射でも発生することがあります。後方散乱は、天文学、写真、医療用超音波検査で重要な用途があります。逆の効果は前方散乱で、たとえば雲のような半透明の物質が太陽光を拡散して柔らかい光を与える場合などがこれにあたります。

後方散乱は、入射波または粒子がさまざまなメカニズムによって元の方向から偏向される、まったく異なる物理的状況で発生する可能性があります。

• 大きな粒子からの拡散反射とミー散乱によりアルペンロージュと対流現象が発生し、気象レーダーに映し出される。
• 光ファイバーで重要な、電磁波と伝送媒体間の非弾性衝突（ブリルアン散乱とラマン散乱）については、以下を参照してください。
• 加速イオンと試料の弾性衝突（ラザフォード後方散乱）
• 非弾性散乱実験（中性子後方散乱、X線後方散乱分光法）で使用される結晶からのブラッグ回折。
• コンプトン散乱は、後方散乱X線イメージングで使用されます。
• 誘導後方散乱は非線形光学で観測され、三波方程式の解のクラスによって記述されます。

場合によっては、散乱は多かれ少なかれ等方性であり、つまり入射粒子が後方散乱を特に優先することなく、さまざまな方向にランダムに散乱します。このような場合、「後方散乱」という用語は、いくつかの実用的な理由から選択された検出器の位置を示すだけです。

• X 線画像では、後方散乱は透過画像と正反対のことを意味します。
• 非弾性中性子分光法やX線分光法では、エネルギー分解能を最適化するために後方散乱形状が選択されます。
• 天文学では、後方散乱光は位相角が 90° 未満で反射される光です。

他の場合には、散乱強度は後方方向に増大します。これにはさまざまな理由が考えられます。

• アルペンロージュでは、スペクトルの青い部分がレイリー散乱によって減少するため、赤い光が優勢になります。
• 共存においては、建設的な干渉が役割を果たす可能性がある。^{[検証が必要]}
• コヒーレント後方散乱はランダム媒体で観測されます。可視光の場合、最も典型的には牛乳などの懸濁液で観測されます。局在性が弱いため、後方方向で多重散乱が増強されます。
  • 後方散乱アライメント（BSA）座標系はレーダーアプリケーションでよく使用されます。
  • 前方散乱アライメント（FSA）座標系は主に光学アプリケーションで使用される。

ターゲットの後方散乱特性は波長に依存し、偏光にも依存します。したがって、複数の波長または偏光を使用するセンサー システムを使用して、ターゲットの特性に関する追加情報を推測できます。

後方散乱はレーダーシステムの原理です。気象レーダーでは、波長が粒子の直径より大きい場合、後方散乱はターゲットの直径の 6 乗に固有の反射特性を乗じた値に比例します (レイリー散乱)。水の反射率は氷の約 4 倍ですが、水滴は雪片や雹よりもはるかに小さいです。そのため、後方散乱はこれら 2 つの要因の組み合わせに依存します。最も強い後方散乱は、サイズが原因で、雹や大きな霰(固体の 氷) から発生しますが、レイリー以外の (ミー散乱) 効果によって解釈が混乱する場合があります。もう 1 つの強い反射は、サイズと水の反射率が組み合わさった、溶けた雪や湿ったみぞれです。これらは、ブライトバンドと呼ばれるもので、実際に発生するよりもはるかに高い降水率として現れることがよくあります。雨は中程度の後方散乱で、大きな水滴（雷雨など）の場合は強くなり、小さな水滴（霧雨など）の場合ははるかに弱くなります。雪の後方散乱はかなり弱いです。二重偏波気象レーダーは、水平偏波と垂直偏波で後方散乱を測定し、垂直信号と水平信号の比率から形状情報を推測します。

後方散乱法は、光ファイバーの用途でも光障害を検出するために使用されています。光ファイバーケーブルを伝搬する光は、レイリー散乱により徐々に減衰します。したがって、レイリー後方散乱光の一部の変化を監視することで障害を検出します。後方散乱光は光ファイバーケーブルに沿って進むにつれて指数関数的に減衰する ため、減衰特性は対数目盛りのグラフで表されます。グラフの傾斜が急であれば、電力損失は大きいです。傾斜が緩やかであれば、光ファイバーは十分な損失特性を持っています。

後方散乱法による損失測定は、光ファイバを切断することなく光ファイバケーブルの一端で測定できるため、光ファイバの施工や保守に便利に使用できます。

写真におけるバックスキャッターという用語は、フラッシュ、ストロボ、ビデオライトからの光がレンズの視野内の粒子に反射して、写真に光の点が現れることを意味します。これにより、オーブアーティファクトと呼ばれるものが発生することがあります。写真のバックスキャッターは、雪片、雨、霧、または空中の塵によって発生する可能性があります。現代のコンパクトカメラや超コンパクトカメラ、特にデジタルカメラのサイズ制限により、レンズと内蔵フラッシュの間の距離が短くなり、レンズへの光の反射角度が減少し、通常は目に見えない粒子からの光反射の可能性が高くなります。したがって、オーブアーティファクトは、小型のデジタルカメラやフィルムカメラの写真では一般的です。^{[1] [2]}

• バックスキャッター（電子メール）
• 後方散乱X線（空港などのセキュリティスキャンアプリケーション）
• 前方散乱
• 散乱
• 電子後方散乱回折