多层球对高斯波束散射的德拜级数研究

基于广义洛伦兹-米氏理论,利用多层球粒子散射系数的德拜级数展开公式,提出了一种新的研究多层球粒子对高斯波束散射的方法。计算结果与已有的广义洛伦兹-米氏理论算法的计算结果吻合得很好。利用该方法有效分离了折射率分布满足指数变化规律的多层球粒子对高斯波束散射的远区散射场中多阶彩虹的干涉强度分布。数值模拟了双层球的归一化双一阶彩虹强度分布以及各层的一阶彩虹艾里结构。最后分析讨论了高斯波束的入射位置和束腰半径对多层球单阶彩虹强度分布的影响。     

离心球对高斯波束的光散射及应用

基于广义米氏理论研究了在轴离心球对高斯波束光散射特性.入射高斯波束的波束因子用积分区域近似法计算,散射场的展开系数由矢量球面波函数的加法定理并求解边界条件得到.以离心球为模型研究了单核生物细胞对高斯波束的散射特性并给出了相关数值模拟,讨论了离心距、波束的束腰半径和核的大小对散射强度角分布和散射、消光系数的影响.     

高斯波束对离心球的辐射俘获力

基于广义洛仑兹-米氏理论(GLMT),研究了高斯波束对离心球的纵向辐射俘获力.用积分区域近似法计算波束系数,散射场的展开系数由矢量球面波函数的加法定理并求解边界条件得到.给出了高斯波束对在轴离心球辐射俘获力的计算公式并进行了数值模拟.将离心球退化为同心双层球,对离心球辐射俘获力的公式进行了验证.讨论了离心距对纵向俘获力的影响,也讨论r束腰半径、介质折射率和波长对纵向辐射俘获力的影响.     

一种求解任意入射波束的波束因子的方法

提出了一种将任意入射波束因子用矢量波函数展开的方法，根据波束在球坐标系中的展开形式，以及球谐矢量函数与非球坐标系的波矢量函数之间的关系，推导出任意入射波束在相应坐标系中的波束因子的理论表述形式.以椭球坐标系为例，介绍了将离轴的入射波束，用椭球矢量波函数展开的波束因子求解方法，此方法还可应用于柱坐标、椭柱坐标系中波束因子的求解，为研究粒子对任意入射波束的散射打下了基础. 关键词： 波束因子 广义米理论 光散射     

双光束任意入射各向异性涂层球的散射特性

基于广义洛伦兹-米理论,研究两个聚焦的高斯光束沿着任意方向入射单轴各向异性涂层球的散射特性。基于球矢量波函数的正交特性,推导得到双高斯光束的球矢量波函数展开表达式。通过引入傅里叶变换,求解得到各向异性涂层区域内的电磁场展开式,将涂层球各区域的电磁场用球矢量波函数展开,再结合边界条件,得到沿任意方向传播的双高斯光束入射到涂层球的散射系数和雷达散射截面。数值模拟了雷达散射截面随散射角变化的分布,将单轴各向异性涂层球退化为单轴各向异性球时的散射结果与文献进行对比,结果十分吻合。分析双光束的入射角、粒子内半径、涂层厚度与内半径的比值、电和磁各向异性对散射强度及其散射角分布的影响。该理论和数值分析能够为激光对涂层颗粒的探测、散射以及光学操作提供有益帮助。     

球冠型换能器声辐射指向性分析

为了研究球冠型换能器的声辐射特性,在分离变量法求解球面坐标系下波动方程的基础上,采用基于球谐基傅里叶变换及边界条件的求解模型,给出了球冠型换能器声辐射的远场声压计算表达式和远场指向性表达式;仿真计算了球冠换能器的远场指向性随球冠极角、球半径及振动频率变化的特性,球冠所在球障板的直径和介质中声波的波长比决定着球冠声辐射指向性,在低频或波长大于球障板直径时,球冠声辐射呈无指向性,随着频率的增高即波长的减小或者球障板直径的增大,球冠声辐射的指向性越明显,波束开角越趋向于球冠的开角,而且波束开角内出现波浪状起伏越明显;试制了高频球冠型换能器基阵,测试了换能器基阵300 kHz的指向性,测试结果与理论计算相符合,验证了理论计算表达式的正确性,可为设计球冠型换能器及基阵提供理论指导。      

高斯波束入射下串粒子的散射问题

根据广义米理论，将入射高斯波束利用矢量球谐函数展开，研究了串粒子在轴条件下波束入 射的电磁（光）散射.讨论了波束宽度等因素对其散射特性的影响并与平面波入射的结果进 行了比较. 关键词： 高斯波束 广义米理论 散射     

球谐函数法解点源辐射传输方程的P3近似及其在生物组织中的应用

辐射传输方程在球坐标下的P3近似是一个非线性微分方程组,其齐次解为球Bessel函数.需要将球Bessel函数分解为指数函数,才能用参数变异法求出它的特解.由于球Bessel函数在r=0的奇异性,无法利用Marshak和其它近似边界条件,因此直接利用能量守恒,和当介质的吸收系数比约化散射系数小得多时P3近似等于P1近似这个特点,确定全解中的常数.比较Monte Carolo模拟和P3近似理论的解析解发现,P3近似能处理约化散射系数与吸收系数之比介于2~10之间的生物组织.     

双球粒子对任意入射单波束及双波束的散射

基于广义Lorenz-Mie理论,研究了双介质球粒子对任意角度入射波束的散射.将入射波束用球矢量波函数展开,推导了双介质球形粒子对任意入射单波束的散射方程;将该方法进一步推广,研究了双波束任意入射时的情况.以Gauss波束为例,对以上理论进行了数值验证,比较分析了单波束及双波束任意入射时散射特性随入射方向、球心距等参数的变化关系. 关键词： 广义波束因子 双球粒子 Gauss波束     

高斯波束对双层粒子的辐射俘获力

从广义米理论出发，将入射高斯波束用矢量球谐函数展开.根据对电磁场动量的讨论，得出了高斯波束对多层球形粒子的辐射俘获力的表示式，并就单高斯波束对在轴双层有吸收粒子受到的辐射俘获力进行了数值模拟，讨论了束腰半径、吸收系数、内外层相对厚度对俘获情况的影响. 关键词： 辐射俘获力 多层球形粒子 光镊 高斯波束     

Scattering of on-axis polarized Gaussian light beam by spheroidal water coating aerosol particle

Small particle light scattering can produce light with polarization characteristics different from those of the incident beam. An analytical solution to the scattering by a spheroid with inclusion for an on-axis polarized Gaussian beam incidence is provided within the generalized Lorenz-Mie theory framework. The shapes of the inclusion can be spherical, confocal spheroid, or non-confocal spheroid. The Muller scattering matrix elements are computed for plane wave incidence or Gaussian light beam incidence. The effect of the size and shape of the inclusion or the coating on the polarized Oaussian light scattering characteristics by a spheroidal water coating aerosol Darticle are commlted and a,nalvzed.     

二维高斯波束对多层球粒子电磁散射的解析解

基于矢量波函数在球和柱坐标系中表达式之间的转换关系,提出了一种求解球坐标系中二维高斯波束波形因子的方法,得到了二维高斯波束波形因子在球坐标系中的解析公式.结合广义米理论推导了在轴二维高斯波束入射多层球粒子的电磁散射的解析解,并对散射强度随散射角的分布进行了数值模拟,结果与平面波入射情况进行了比较. 关键词： 矢量波函数 波形因子 电磁散射 广义米理论     

Generalized Lorenz-Mie theory and applications

The basic formulas of generalized Lorenz-Mie theory are presented, and are applied to scattering of a focused Gaussian laser beam by a spherical particle. Various applications of focused beam scattering are also described, such as optimizing the rate at which morphology-dependent resonances are excited, laser trapping, particle manipulation, and the analysis of optical particle sizing instruments. Each of these applications requires either special positioning the beam with respect to the particle or illumination of only part of the particle by the beam.     

Arbitrary direction incident Gaussian beam scattering by multispheres

Based on spherical vector wave functions and their coordinate rotation theory,the field of a Gaussian beam in terms of the spherical vector wave functions in an arbitrary unparallel Cartesian coordinate system is expanded.The beam shape coefficient and its convergence property are discussed in detail.Scattering of an arbitrary direction Gaussian beam by multiple homogeneous isotropic spheres is investigated.The effects of beam waist width,sphere separation distance,sphere number,beam centre positioning,and incident angle for a Gaussian beam with two polarization modes incident on various shaped sphere clusters are numerically studied.Moreover,the scattering characteristics of two kinds of shaped red blood cells illuminated by an arbitrary direction incident Gaussian beam with two polarization modes are investigated.Our results are expected to provide useful insights into particle sizing and the measurement of the scattering characteristics of blood corpuscle particles with laser diagnostic techniques.     

Gaussian beam scattering by a chiral sphere

Based on the generalized Lorenz–Mie theory that provides the general framework, an analytic solution to Gaussian beam scattering by a chiral sphere is constructed, by expanding the incident Gaussian beam, scattered fields and internal fields in terms of spherical vector wave functions. The unknown expansion coefficients are determined by a system of equations derived from the boundary conditions. For a localized beam model, numerical results of the normalized differential scattering cross section are presented.     

Scattering from a Multi-Layered Sphere Located in a High-Order Hermite-Gaussian Beam

Scattering of a high-order Hermite-Gaussian beam by a multi-layered sphere is analyzed. The incident high- order Hermite-Gaussian beam field is expressed by the complex-source-point method and expanded in terms of spherical vector wave functions. The beam shape coefficients of the Hermite-Gaussian beam are obtained. Under electromagnetic field boundary conditions, coefficients in the expressions of scattering fields are derived. Results of the numerical calculation of scattering intensity are presented. The effects of the particle parameters and beam parameters on scattering intensity are discussed in detail.     

具有轨道角动量光束入射下的单球粒子散射研究

根据广义Mie理论,研究了具有轨道角动量拉盖尔-高斯光束（LGB）的空间传输特性以及单粒子散射特性.在单体球粒子对高斯光束散射研究的基础上,分析了在自由空间不同传输距离LGB光束的光强分布情况,在不考虑散射和波束相移关系的情况下,将LGB作为入射高斯光束,通过对波束入射时的散射衰减截面求解得到波束因子,利用矢量球谐函数对入射高斯波束进行展开,从而研究了单球粒子在在轴条件下对具轨道角动量高斯波束入射的散射问题.通过数值计算,讨论了散射强度及角分布在不同波束宽度情况下对其散射特性的影响,并与平面波的情况做了对比.结果表明,当波束束腰半径较小时,束腰半径对衰减率的影响较大,而当束腰半径远大于粒子半径时,接近于平面波的情况. 关键词： 广义Mie理论 轨道角动量 Laguerre-Gauss光束 单球粒子