減衰

減衰係数は、周波数の関数として伝送された超音波振幅がどれだけ強く減少するかに応じて、さまざまな媒体を定量化するために使用されます。減衰係数（${\displaystyle \alpha }$）は、次の式を使用して媒体中の総減衰量をdB単位で決定するために使用できます。

$減衰 = α[dB/MHz・cm]・ell[cm]・f[MHz]$

減衰は、生体組織の場合、媒体の長さと減衰係数、および入射超音波ビームの周波数にほぼ比例して線形に依存します（空気などのより単純な媒体の場合は、その関係は二次関数になります）。減衰係数は、媒体によって大きく異なります。しかし、生体医療超音波イメージングでは、生体材料と水が最も一般的に使用される媒体です。1 MHz の周波数における一般的な生体材料の減衰係数を 以下に示します。^{[ 8 ]}

音響エネルギーの損失には、吸収と散乱という2つの一般的な方法があります。^{[ 10 ]}均質媒体 を通過する超音波の伝搬は吸収のみに関係しており、吸収係数のみで特徴付けることができます。不均質媒体を通過する伝搬では、散乱を考慮する必要があります。^{[ 11 ]}

RFケーブルの減衰は次のように定義されます。

${\displaystyle {\text{Attenuation (dB/100m)}}=10\times \log _{10}\left({\frac {P_{1}\ (W)}{P_{2}\ (W)}}\right),}$

どこ${\displaystyle P_{1}}$ は、特性インピーダンスの公称値で終端された長さ100mのケーブル への入力電力であり、${\displaystyle P_{2}}$これは、このケーブルの遠端における出力電力です。^{[ 14 ]}

同軸ケーブルの減衰は、使用される材料と構造によって決まります。

X線ビームは、組織を通過する際に光子が吸収されることで減衰します。物質との相互作用は、高エネルギー光子と低エネルギー光子で異なります。高エネルギーで移動する光子は、物質と相互作用する可能性が低いため、組織試料を通過する能力が高くなります。これは主に光電効果によるもので、「光電吸収の確率は、(Z/E) ³にほぼ比例する」とされています。ここで、Z は組織原子の原子番号、E は光子のエネルギーです。^{[ 15 ]}この文脈では、光子エネルギー (E) の増加は、物質との相互作用の急速な減少につながります。

CT画像において、減衰とは画像の濃度または暗さを表すものです。

光ファイバーにおける減衰、すなわち伝送損失とは、伝送媒体を通過する距離に対する光ビーム（または信号）の強度の減少のことです。光ファイバーにおける減衰係数は、現代の光伝送の透過率が比較的高いため、通常は媒体を通過する際の dB/km の単位で表されます。媒体は通常、入射光ビームを内部に閉じ込めるシリカガラスのファイバーです。減衰は、デジタル信号を長距離にわたって伝送する際の重要な制限要因です。そのため、減衰を抑制し、光信号の増幅を最大化するための研究が数多く行われてきました。経験的研究により、光ファイバーにおける減衰は主に散乱と吸収の両方によって引き起こされることが示されています。

光ファイバーにおける減衰は、以下の式を用いて定量化できる。

${\displaystyle {\text{Attenuation (dB)}}=10\times \log _{10}\left({\frac {\text{Input intensity (W)}}{\text{Output intensity (W)}}}\right)}$

光散乱

光ファイバーのコアを通る光の伝搬は、光波の全反射に基づいています。ガラスの分子レベルであっても、粗く不規則な表面は、光線を多くのランダムな方向に反射させる可能性があります。この種の反射は「拡散反射」と呼ばれ、通常はさまざまな反射角によって特徴付けられます。肉眼で見えるほとんどの物体は、拡散反射によって見えます。この種の反射によく使われる別の用語は「光散乱」です。物体の表面からの光散乱は、物理的観察の主要なメカニズムです。^{[ 16 ]} 多くの一般的な表面からの光散乱は、反射率によってモデル化できます。

光の散乱は、散乱される光の波長に依存します。そのため、入射光の周波数と散乱中心の物理的寸法（または空間スケール）に応じて、可視性の空間スケールに限界が生じます。散乱中心は通常、特定の微細構造の特徴によって形成されます。例えば、可視光の波長スケールは1マイクロメートル程度であるため、散乱中心の寸法もそれと同程度の空間スケールになります。

このように、減衰は内部表面や界面での光の非干渉散乱によって生じる。金属やセラミックスなどの（多）結晶材料では、細孔に加えて、内部表面や界面の大部分は、結晶秩序の微小領域を隔てる粒界の形をとっている。近年、散乱中心（または粒界）のサイズが散乱される光の波長よりも小さくなると、散乱はほとんど起こらなくなることが示された。この現象は、透明セラミック材料の製造につながった。

同様に、光学品質のガラスファイバーにおける光の散乱は、ガラス構造における分子レベルの不規則性（組成変動）によって引き起こされます。実際、ガラスは多結晶固体の極限的なケースであるという考え方が新たに提唱されています。この枠組みでは、さまざまな程度の短距離秩序を示す「ドメイン」が、金属や合金、ガラスやセラミックスの構成要素となります。これらのドメインの間および内部には、光散乱が発生するのに最も理想的な場所となる微細構造欠陥が分布しています。この同じ現象は、赤外線ミサイルドームの透明性を制限する要因の1つとして考えられています。^{[ 17 ]}

光ファイバーにおける減衰とは、信号光の強度が減少する割合のことです。そのため、長距離光ファイバーケーブルには減衰率の低いガラスファイバーが使用されます。プラスチックファイバーは減衰率が高いため、伝送距離が短くなります。また、光ファイバーケーブル内の信号を意図的に減衰させる光減衰器も存在します。

光の減衰は、物理海洋学においても重要である。この同じ効果は気象レーダーにおいても重要な考慮事項であり、雨滴は、使用する波長に応じて、放射された光線の一部を多かれ少なかれ吸収する。

高エネルギー光子の有害な影響を考慮すると、このような放射線を用いた診断治療において、組織にどれだけのエネルギーが蓄積されるかを把握することが不可欠です。さらに、ガンマ線はがん治療にも用いられますが、その場合、正常組織と腫瘍組織にどれだけのエネルギーが蓄積されるかを知ることが重要です。

コンピュータグラフィックスにおいて、減衰とは光源や力場の局所的または全体的な影響を定義するものである。

減衰は、現代の無線通信において重要な考慮事項です。減衰は無線信号の到達範囲を制限し、信号が通過する物質（空気、木材、コンクリート、雨など）によって影響を受けます。無線通信における信号損失の詳細については、経路損失に関する記事を参照してください。