Lichtstreuung

Lichtstreuung bezeichnet die Ablenkung von Lichtstrahlen durch Materie, sodass die Richtung der ausgehenden Strahlung gestreut wird. Dabei wird die Strahlung in der Regel elastisch gestreut, das heißt Frequenz und Energie bleiben erhalten, auch wenn die Richtung geändert wird. Streuung entsteht durch Wechselwirkung des Lichts mit Teilchen oder Unregelmäßigkeiten im Medium, zum Beispiel Molekülen, Aerosolen, Tropfen oder Kristallen.

Man unterscheidet grob zwischen elastischer Streuung (Rayleigh-Streuung für Partikel klein gegenüber der Wellenlänge; Mie-Streuung für Partikel vergleichbar oder größer) und inelastischer Streuung (Raman-Streuung). Bei der Rayleigh-Streuung hängt die Intensität stark von der Wellenlänge ab, typischerweise proportional zu 1/λ^4. Die Mie-Streuung zeigt je nach Größe und Form der Streuungsteilchen eine stärkere, oft gerichtete Streuung, die über ein breites Spektrum hinweg auftreten kann.

Typische Beispiele sind der blaue Himmel durch Streuung kurzwelligeren Lichts, rötliche Sonnenuntergänge durch längere Wegstrecken und die weiße Erscheinung von Wolken und Milch durch Streuung großer Tröpfchen. Die Tyndall-Effekt bezeichnet die sichtbare Streuung von Licht durch kolloidale Partikel.

Praktische Anwendungen reichen von der Beschreibung der Lichtausbreitung in der Atmosphäre über Fernmessverfahren wie Lidar bis hin zur medizinischen Bildgebung, bei der Streulicht genutzt oder korrigiert wird. In der Theorie wird die Streuung durch Größenordnung der Streuquerschnitte und durch Streuungs- bzw. Extinktionskoeffizienten beschrieben und in der Radiativtransfer-Bilanz berücksichtigt.