随机取向群聚椭球粒子光散射特性研究

利用离散偶极子近似方法,考虑单元粒子之间的电磁相互作用,数值计算了随机取向的不同尺度参数、不同纵横比的群聚椭球粒子的缪勒矩阵元素,给出了各个缪勒矩阵元素的角分布曲线,探讨了随机取向的群聚椭球粒子的尺度参数、纵横比、基本粒子相对位置对其缪勒矩阵元素的影响。并将随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与单个等效球形粒子的数值结果进行了比较。结果表明,随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与等效球形粒子的光散射特性存在很大差别,基本粒子的形状越偏离球形,这种差别就越大; 随机取向群聚椭球粒子中椭球粒子的纵横比和相对位置对整个群聚粒子的缪勒矩阵元素存在不同程度的影响,并且此影响随着粒子尺度参数的增大而变得更加显著。     

随机取向六角形冰晶粒子的散射特性研究

利用离散偶极子近似方法研究卷云中随机取向六角形冰晶粒子的取向比对散射特性的影响,数值计算了在小尺度范围内随机取向六角形冰晶粒子的散射特征量,包括散射相函数、消光效率因子、不对称因子、单次散射反照率和线偏振度。研究表明:取向比对随机取向六角形冰晶粒子散射特征量的影响比较明显,并且此影响随着粒子尺度参数的变化而变化,与入射波长无关;相同尺度参量和不同取向比粒子的散射相函数的角分布曲线均有一个交点,并且随着粒子尺度参量的增加,交点所对应的散射角度值逐渐向小角度方向移动。此研究结果为气溶胶粒形检测和识别提供了理论依据。     

随机取向双层椭球粒子偏振散射特性研究

基于T矩阵方法,给出了随机取向、轴对称、含核椭球粒子的散射计算方法.散射体的核和外壳均可为非球形粒子,整个粒子具有轴对称性.以含核椭球粒子为模型,计算了含有吸收性内核(黑炭,black carbon)的水凝物气溶胶的散射特性,分析了核的大小、形状对消光系数、散射系数、吸收系数、不对称因子、单次散射反照率以及Muller矩阵等的影响. 关键词： 光散射 T矩阵 Muller矩阵 椭球粒子     

随机取向烟尘团簇粒子激光散射特性研究

利用蒙特卡罗方法根据团簇-团簇凝聚(CCA)模型对由球形原始粒子凝聚而成的烟尘团簇粒子进行了模拟,用离散偶极子近似(DDA)方法研究了烟尘团簇粒子随机取向时的激光散射特性,并与等效球形粒子的激光散射特性进行了比较。结果表明,等效球形粒子的激光散射特性与随机取向烟尘团簇粒子的激光散射特性存在着明显差别,不能用等效球形粒子来代替随机取向的团簇粒子;随机取向的烟尘团簇粒子的激光散射特性受基本粒子数量和粒径的影响比较大。该结果将为进一步研究随机取向团簇粒子的形成机理、形态特性以及激光在其中的传输特性提供了一种理论方法。     

随机取向纳米石墨椭球粒子的红外消光特性

利用离散偶极子近似(DDA)方法研究了椭球形的纳米石墨粒子的红外消光特性。计算了不同形状的椭球粒子红外消光截面随波长变化规律,并与等效球形粒子的消光性能进行了比较,分析了不同入射波长时,椭球粒子形状和粒径对消光的影响。结果表明,椭球状的纳米石墨粒子红外消光性能好于等效球粒子的消光性能,椭球粒子的最佳消光等效粒径与轴长比和入射波长有关。     

含有密集随机分布内核的椭球粒子光散射特性研究

给出了一种结合射线追踪和蒙特卡罗方法计算含核粒子光散射的方法,内核粒子可以为稀疏分布也可为浓密分布.粒子外边界的反射和折射由射线追踪方法计算,而粒子内部的多次散射过程由蒙特卡罗方法模拟;当内核粒子为浓密随机分布时,其单次散射特性由基于静态结构因子（static structure factor）的浓密介质光散射理论计算.最后讨论了含核椭球粒子模型的单次散射特性. 关键词： 射线追踪技术 蒙特卡洛方法 光散射 椭球粒子     

煤烟聚集粒子的光散射特性研究(英文)

基于分形理论,用计算机模拟了由球形基本粒子构成的煤烟聚集粒子。利用离散偶极子近似方法(Discrete Dipole Approximation)研究了煤烟聚集粒子的散射特性,讨论了分形煤烟聚集粒子的散射强度随煤烟聚集粒子的分形结构、大小、相对折射率及入射波波长变化情况。     

分形结构对随机取向烟尘团簇粒子光散射特性的影响

利用蒙特卡罗方法对不同分形维数和分形前向因子的随机取向烟尘团簇粒子的分形结构进行了仿真,采用离散偶极子近似（DDA）方法对随机取向烟尘团簇粒子的缪勒矩阵元进行了数值计算,并与球形粒子模型进行了比较,深入探讨了烟尘团簇粒子的分形维数和分形前因子对其散射特性的影响。研究表明,等效球形粒子的光散射特性与随机取向烟尘团簇粒子的光散射特性存在很大差别,并且此差别随着团簇粒子的分形维数以及分形前向因子的增大而减小;分形维数对表征团簇粒子散射特性的缪勒矩阵元的影响在一定散射角范围内均比较明显,分形前向因子对团簇粒子的缪勒矩阵元角分布的影响与分形维数的影响类似,不过其影响相对分形维数较弱。     

分形凝聚粒子的光散射特性研究

粒子的形状和凝聚对光散射特性有着很大的影响.基于分形生长的受限扩散(DLA)模型,模拟了凝聚粒子的三维空间分形结构,并采用回转半径法计算了凝聚粒子的分形维数.利用离散偶极子近似(DDA)方法研究了纳米石墨凝聚粒子的光散射特性,对于原始粒子数不同的凝聚粒子及分形结构不同的凝聚粒子,数值计算了散射强度和偏振度随散射角的分布...     

随机取向椭球粒子的吸收特性

用Ｔ矩阵方法计算了折射率虚部的范围在０．００１至０．１的几种椭球粒子随机取向时在几种等效尺度参数下的光散射与吸收特性，并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较。分析结果表明：椭球粒子的吸收特性与等效的球形粒子的吸收特性存在着差别，这种差别随粒子的形状、尺度和折射率而改变，考虑到目前气溶胶粒子复折射率虚部的测量精度，以等效的球体粒子处理非球形粒子的吸收不会带来显著的误差。     

Light scattering by groups of spherical particles

Light scattering by groups of spherical particles is considered. It is shown that the structure of the groups and their orientational distribution can be judged from the spectrum and polarization of the scattered light. Syktyvkar State University, 55, Oktyabr'skii Ave., Syktyvkar, 167001, Russia. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 64, No. 2, pp. 228–231, March–April, 1997.     

椭球模型下通过雾场的多重光散射谱

由于雾滴的非球形、多重散射特性以及几何光学效应,光通过实际雾场的散射问题成为一个研究难点. 建立了近于实际的椭球雾滴模型,考虑光的衍射、透射及反射特性后,利用辐射传播方程得到了在不同的雾滴大小分布 及不同的雾滴形状分布下通过雾场的多重散射光强公式.在两种特例下与已有的结果较为相符,说明了方法的可靠性. 计算表明:与随机取向的非球形颗粒场的散射谱呈圆形特征不同,通过椭球形雾滴场的散射谱呈椭圆特征, 不同方位角的散射光强角分布有所差异,雾滴的形状因子越接近于1,差异越小;与单散射不同, 散射谱中的条纹随光学厚度增大逐步消失;对于不同大小分布及不同形状分布的雾滴场, 在不同方位角及不同观察角的散射光强随光学厚度τ的增加总是先增大再减小,光强的极大值位置在τ = 1.0---3.0 范围内.计算同时还表明,由于多数情况下实际雾场的雾滴大小偏差较大, 因而通过雾场的散射谱将呈现以中央亮斑为中心向四周弥散的图样.     

Light scattering by Gaussian random ellipsoid particles: First results with discrete-dipole approximation

We introduce the stochastic geometry of a Gaussian random ellipsoid (GE) and, with the discrete-dipole approximation, carry out preliminary computations for light scattering by wavelength-scale GE particles. In the GE geometry, we describe the base ellipsoid by the three semiaxes a?b?c. The axial ratios b:a and c:a appear as two shape parameters additional to those of the Gaussian random sphere geometry (GS). We compare the scattering characteristics of GE particles to those of ellipsoids. Introducing irregularities on ellipsoids smoothens the angular scattering characteristics, in a way analogous to the smoothening of spherical particle characteristics in the case of GS particles.     

随机取向烟尘团簇粒子的光学截面的数值计算

采用蒙特卡罗方法根据团簇—团簇凝聚（CCA）模型对由球形原始微粒凝聚而成的烟尘团簇粒子进行了模拟,利用离散偶极子近似（DDA）方法数值计算了不同原始微粒粒径和数目组成的随机取向的烟尘团簇粒子的总消光截面、吸收截面及散射截面等光学特性参数,研究了原始微粒粒径及数目对随机取向烟尘团簇粒子光学特性的影响。结果表明：当入射波长一定时,随机取向烟尘団簇粒子的光学特性主要取决于原始微粒的粒径和数目;烟尘团簇粒子对不同波段激光的吸收和散射存在差别,这种差别随原始微粒粒径及数目变化而变化。这一工作为研究电磁波在烟尘中的传输特性提供重要参考数据。     

Light Scattering by Clusters: the Al-Term Method

This paper concerns the theoretical improvement of the discrete dipole approximation (DDA) to provide scattering properties of clusters of spherical monomers. The first scattering coefficient (al-term) in Mie theory is introduced to determine the dipole polarizability used in the DDA. In the al-term method, a spherical monomer in the cluster is replaced by a single dipole. The accuracy of this method is tested to calculate extinction and scattering cross sections by a single sphere, two-touching spheres and three collinear touching spheres. It is found that when each monomer is replaced by a dipole the al-term method is superior to the different types of DDA, e.g., the Lattice Dispersion Relation (LDR), at least for the target with the volume equivalent size parameter X, 0.2≦X≦2. This method also allows treatment of a relatively large sub-volume element which is replaced by a dipole, i.e. the size parameter of the monomer X_m∼1.5. Furthermore, a great reduction in memory requirement and computing time are achieved, e.g. for two touching spheres the al-term method requires only 6% of the total memory requirement and 0.008% of the total computing time for N=8448 with the LDR.Part of this work was done when the author was in the Institute of Physics, GKSS Research Center, Postfach 1160, D-21494 Geesthacht, Germany     

Light scattering by needle-type and disk-type particles

A powerful tool to analyze light scattering by 3D arbitrary-shaped homogeneous or inhomogeneous obstacles located in free space is based on volume integral equation. In this paper we apply a weak form of volume integral equation to simulate light scattering by needle- and disk-type particles such as straight and curved cylinders, cylindrical plate and hexagonal prism with high aspect ratio and low and high values of refractive indexes. For problems where discrete sources method could be applied, we calculated differential scattering cross-section using both methods and got excellent agreement in results.     

基片与多形态缺陷粒子的复合光散射

为了给基片无损检测工程提供强有力的理论基础,提出三种形态的缺陷粒子散射模型。针对基片与缺陷粒子的半空间问题,吸收边界使用了广义完全匹配吸收层,结合三波技术引入激励源给出相应的连接边界条件并将互易性定理应用到近远场外推中使过程简化。数值计算给出了镶嵌于基片中的多种几何体Cu和SiO2缺陷粒子的散射场的角分布及p偏振和s偏振下镶嵌Cu球体粒子的电场分布。结果显示：角分布和场分布跟粒子形态关系密切。椭球体散射场的震荡明显比柱体场震荡激烈。在s偏振下电场强度分布差值极小,不利于通过分析场值分布特点反演缺陷特征值。因此建议工程上使用p偏振光对基片进行无损检测。