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。     

离轴多层球对高斯波束的光散射

根据广义米氏理论，将入射的高斯波束按矢量球谐函数展开，获得了波束因子（展开系数）ｇｍｎ，ＴＭ和ｇｍｎ，ＴＥ的一般表达式。应用ｇｍｎ的局域近结果和散射系数ａｎｍ和ｂｎｍ的迭代公式与算法，研究了多层有耗介质球的光散射。讨论了波束宽度与球形粒子的尺寸和位置对散射系数和散射强度角分布的影响。     

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     

梯度折射率球对在轴高斯波束散射的几何光学近似

基于梯度折射率(GRIN)球对平面波前向散射的几何光学近似(GOA),推导出GRIN球对在轴高斯波束散射的GOA.详细推导高斯波束在GRIN球中的散射角和相位公式,给出了算法实现步骤.在此基础上,利用扩展后的GOA计算了粒子的散射强度分布,并与广义洛伦兹一米理论(GLMT)的计算结果进行比较;由于表面波的影响,当波束的束腰半径大于等于粒子半径时散射强度分布与GLMT计算所得的结果相比存在误差.比较结果表明扩展后的GOA方法适用于束腰小于粒子半径的情况.对比GOA方法和GLMT的计算速度,结果表明GOA方法具有较高的运算速度.     

离轴球形粒子对高斯波束的散射光通量的计算

利用矢量球谐函数展开的方法,研究了离轴球形粒子对椭圆高斯波束的散射。根据其远区散射场的形式,得出了归一化散射场的斯托克斯参量(散射强度)与颗粒直径、折射率以及散射角的关系。建立了计算离轴球形粒子对高斯波束散射通量的解析模型,计算了散射光在任意散射方向上的光通量,得到了前向任意立体角内散射通量的计算公式,为激光散射探测提供了理论依据。     

大粒子对高斯波束散射的数值模拟

基于广义米氏理论，精确的求解了球形粒子对高斯波束和平面波的散射，采用Matlab编程， 改进了计算方法，所能够计算的粒子的尺寸参数已突破80000. 给出了平面波与高斯波入射 时，均匀粒子以及镀层粒子的散射分布，比较了吸收粒子和非吸收粒子散射分布. 关键词： 广义米氏理论 高斯波束 光散射 波束因子     

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.     

平行柱体对平面波/高斯波束电磁散射

基于等效原理和互易性定理，研究了N个相互平行二维柱体对平面波/高斯波束的电磁散射特性，给出了求解N阶散射场公式.一阶散射可通过求解单个柱体的散射场得到，但对于高阶散射场而言，由于耦合散射的复杂性，很难给出精确的解析解.为了解决这一问题，借助等效原理和互易性定理给出了求解N阶散射场的面积分公式.只要给出柱体的i-1阶散射场及相关目标表面上的等效电流和(或)等效磁流，就可应用此公式求解i阶散射场.应用该近似方法计算了相互平行非均匀等离子体涂层导体圆柱的单/双站散射宽度，讨论了束腰半径、等离子体涂层厚度、电子密度、碰撞频率及雷达频率等对散射结果的影响.     

两个相邻目标对平面波、高斯波束的光散射

基于等效原理和互易性定理研究了两个靠近目标对平面波、高斯波束的光散射问题,给出了这一复合光散射模型的二阶散射结果。通常一阶散射结果容易求解,但由于耦合效应的复杂性,很难给出二阶散射结果的解析形式。为了解决这一问题,应用互易性定理给出了求解任意相邻介质目标二阶散射场的公式,同时借助等效原理将求解散射场公式中的体积分简化为面积分的形式,从而降低了求解难度。求解了两相邻球形粒子的复合散射场,并将求解结果与应用时域积分方程法求得的结果进行了比较。同时,还讨论了束腰半径、目标位置对散射截面及偏振度的影响。     

Debye Series of Scattering by a Multi-Layered Cylinder in an Off-Axis 2D Gaussian Beam

The Debye series of light scattering by an infinite multi-layered cylinder in an off-axis 21） Gaussian beam is studied. A simplified but rigorous iterative formula for scattering coefficients is presented. The numerical calculations of scattering intensity by a cylinder in on-axis and off-axis beams are developed. It is indicated that the results of Debye series reach an agreement with those of generalized Lorenz-Mie theory and the off-axis distances vary the results to a great extent. The Debye series components of a two-layered cylinder are further discussed. The relations between them with rainbow phenomena are analysed.     

Rainbow Scattering by an Inhomogeneous Cylinder with an Off-Axis Gaussian Beam Incidence at Normal

The problem of an off-axis Gaussian beam incident perpendicular on an infinitely long multi-layered cylinder is investigated. The efficient and accurate recursive algorithm for computing the scattering field is discussed. The stability of the numerical scheme allows us to extend the feasible range of computations, both in size parameter and in number of layers for a given size. Particular attention is paid to rainbow scattering of homogeneous and inhomogeneous fibers.     

Scattering of Cluster Spheres Located on Axis by a Gaussian Beam in Millimeter Waves

Multi-spheres scattering has been fully discussed, but almost all kinds of these researches are in plane wave. The special case of an incident shaped beam is introduced in this paper. While some numerical results for cluster spheres illuminated on the axis of a shaped beam in millimeter waves are presented. Finally, results of numerical computations illuminated by a shape beam in different beam waist radius are compared with those for a plane wave illumination.     

Scattering of a Gaussian Beam by Stepped Index Luneberg Lens

The scattering and focusing characteristics of a Gaussian beam with phase distribution is studied by a stepped index Luneberg lens. A model experiment was performed using a six-layer spherical lens. Two kinds of beams, that is, broad and narrow beam are examined for the incident Gaussian beam. We find that focusing effect of a narrow beam is wholly lower than that of a broad beam. The focal point is also shifted toward outer of sphere because of phase lag for the beam source. The spot size equals almost the wavelength for the various beam parameters.     

孔径光阑限制下高斯光束的传输

对高斯光束在硬边孔径限制下的衍射进行了详细的理论研究,就不同口径的圆孔限制下高斯光束在菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区的分布进行了理论分析,从而得到了孔径受限高斯光束的横向以及轴向的衍射公式,进而对高斯光束在不同衍射区域内衍射光场分布形状随孔径尺寸变化时的演化规律进行了数值计算,并对小口径光阑受限的高斯光束的衍射与平行光经同尺寸光阑的衍射进行了比较。结果表明在较小口径下,两者的分布基本一致。得到的孔径光阑限制下高斯光束的传输规律为高斯光束在自由空间光通信和光学超分辨中的应用提供了理论基础。     

任意形状凸粗糙物体高斯光束相干散射研究

研究了任意形状凸粗糙物体对高斯光束的相干散射特性。由平面波谱展开法推导出粗糙面高斯波束散射场表达式．并根据物理光学近似和稳相法原理得到相干散射截面的理论公式。与平面波解不同的是,在公式中引入了波束因子这一表征波束作用的重要参量,该参量与束腰半径、束腰中心与物体中心距离和物体照射面积以及入射、散射方向有关。最后数值计算了1．06μm激光波束对粗糙球的散射,分析了波束因子．介电常量和极化状态对红外激光相干散射截面的影响,重点讨论了波束因子的变化规律。分析表明．当波束半径远大于物体尺寸时,波束入射的结果可退化到平面波情况。