Mie Streuung
Unter Mie Streuung versteht man die elastische Streuung von Licht an Teilchen mit einem Durchmesser ähnlich oder größer dem der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. Das Signal der Mie Streuung ist proportional zum Quadrat des Teilchendurchmessers des Streuteilchens. Mie Streuung ist wesentlich stärker als Rayleigh Streuung und daher eine starke Interferenzquelle für diesen schwächeren Lichtstreuprozess.
Es existiert eine starke Winkelabhängigkeit der Mie Streulichtintensität speziell bei kleineren Teilchen, die berücksichtigt werden muss, um erfolgreiches Mie Imaging durchführen zu können. Mie Streuung wird häufig benutzt, um Strömungsgeschwindigkeiten unter Anwendung der Particle Image Velocimetry (PIV) Methode zu messen.
Rayleigh Streuung
Rayleigh Streuung ist ein elastischer Streuprozess. Sind die Streupartikel klein im Vergleich zur Wellenlänge des einfallenden Lichtes, nennt man diesen elastischen Streuprozess Rayleigh Streuung (RS). Das ist für Gasmoleküle der Fall, so dass sich diese Methode vor allem für das Imaging in Gasen eignet. Mittels der RS erhält man Bilder, die gewichtete Informationen zur Gesamtgasdichte enthalten, da alle beteiligten Moleküle zur RS beitragen. Das gestreute Licht hat nahezu die gleiche Wellenlänge wie das einfallende Licht. Die Quantifizierbarkeit der RS setzt jedoch entweder eine konstante Gaszusammensetzung oder bekannte Molenbrüche aller Majoritätenspezies voraus. Wenn Gaszusammensetzung und Druck bekannt sind, erlaubt das Rayleigh Imaging die Messung planarer Temperaturfelder (Rayleigh Thermometrie). Rayleigh Streuung ist deutlich schwächer als Mie Streuung, aber mehr als zwei Größenordnungen stärker als die spontane Raman Streuung (SRS). Die Inkandeszenz von Ruß sowie Mie Streuung sind Prozesse, die das Rayleigh Signals vollständig überdecken können.
Raman Streuung
Die Spontaneous Raman Streuung (SRS) ist das inelastische Gegenstück zur Rayleigh Streuung. Die Raman Streuung zeigt eine molekülspezifische Spektralantwort, die zur Laserlinie verschoben ist. Diese Verschiebung ist charakteristisch für jedes Raman-aktive Moleküle und erlaubt es, die Konzentrationen aller Majoritätenspezies gleichzeitig zu messen.
Hauptgaskomponenten wie O2, N2, CnHm, CO2, H2 und H2O können so gleichzeitig gemessen werden zusammen mit der Gastemperatur. Der Nachteil der Raman Streuung in der Gasphase sind die sehr geringen Signalintensitäten, typischerweise sechs Größenordnungen schwächer als die der Mie Streuung. Auf Grund dieser Signalschwäche werden über viele Laserschüsse gemittelte Raman Messungen längs einer Linie eines fokussierten Laserstrahls durchgeführt. Die spektrale Separation der unterschiedlichen Ramanlinien erfolgt mit einem Imaging Spektrograph.
Raman wie auch Rayleigh Signale sind linear zur Dichte der Molekülspezies und sind nicht von Umgebungsbedingungen abhängig, wie es das LIF Signal ist.
