基于不规则衍射理论的冰晶粒子的光散射研究(英文)

在不规则衍射理论的基础上,分析了从可见光到近红外波段冰晶粒子的光散射特性。计算了粒子尺度为20μm,50μm,80μm的五种典型冰晶粒子的消光效率因子和吸收效率因子。最后,为了评估不规则衍射理论的精确性,与有限时域差分法和几何光学法进行了比较。     

取向比对圆柱状冰晶粒子光散射特性的影响

利用T矩阵方法研究卷云中圆柱状粒子取向比对散射特性的影响,计算了在小尺度范围内圆柱状冰晶粒子的散射特征量如散射相函数、消光效率因子、不对称因子及单次散射反照率,并将计算结果与等表面积、等体积及等效体积与投影面积比三种情况下的球形粒子的相应值进行了对比.结果表明:体积与投影面积比等效最接近真实值;取向比对不同尺度柱状粒子散射特性的影响存在相似性且有必要加以考虑;此外,发现等表面积、不同取向比粒子的散射相函数有一交点.     

长柱状气溶胶粒子的光散射特性

以中纬度卷云中常见的长柱状冰晶为例,利用长柱状粒子光散射理论,探讨了入射光为线偏振时,电矢量平行和垂直于入射面情况下,单个长柱状粒子的散射光强度分布和偏振特性随入射角、尺度参数与偏振态的转化关系:随着入射角的增大,散射强度、偏振总体趋于对称且数值振荡频率降低,散射强度总体减小,偏振的改变程度总体增大;随着尺度参数的增大,散射强度、偏振的数值振荡频率增大,散射强度数值振荡峰的幅度整体减小,电矢量平行于粒子长轴时主偏振的数量、强度和位置皆有变迁,电矢量垂直于粒子长轴时前后主偏振位置相对固定;随着偏振度的减小,散射强度、偏振趋向于一致,两者的数值改变程度减小,当偏振度减小到0时,散射强度、偏振变得完全相同。选取火山尘埃和烟灰与冰晶对比,阐述了粒子散射光的强度分布和偏振特性随折射率的变化规律:折射率虚部不改变散射强度的整体趋势,但使散射强度和偏振的振荡峰幅度增大,当其数值较大时,使得偏振的数值振荡峰覆盖范围拓宽。     

卷云冰晶粒子散射相函数的展开系数研究

冰晶粒子散射相函数的多项式展开可以应用于卷云条件下大气辐射传输模式的计算。本文利用广义球函数对表面严重粗糙的冰晶粒子相函数进行展开,并对表面严重粗糙的实心棱柱模型、实心棱柱聚合物模型和一般种类混合模型3种冰晶粒子的展开系数特性进行分析研究,数值计算结果表明了广义球函数对表面严重粗糙的冰晶粒子多项式展开的有效性。     

用蒙特卡罗方法计算光通过薄层随机分布粒子的散射

本文利用蒙特卡罗方法计算准直光束通过薄层随机分布粒子散射的透射和反射光强,并和输运理论的扩散近似结果做了比较。当散射接近各向同性时两者符合良好。当散射明显地成为各向异性时,蒙特卡罗方法的结果是合理的,而输运理论的扩散近似失效。     

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。     

外混合气溶胶粒子光散射的等效性

以两种典型的气溶胶粒子组成的单分散和多分散处理混合气溶胶粒子系统的光散射的各效率因子，各散射截面和散射相函数分析了以等效折射率描述由具有不同折射率的各种粒子组成的混合气溶胶粒子系统的适用性，结果表明，对单分散系统，本不同的混合比下对于许多尺度参数吸收效率因子和散射相函数的等效性很差，对多分散系统，在不同的混合比下等效性较稳定但各散射光学量的余差很大，因而对多分散系外混合气溶胶粒子系统如使用等效折射     

群体雾粒子散射模型及散射角谱研究

如何提高制导精度是研制制导系统所要关心的问题,在有雾的天气情况下,群体雾粒子的散射是影响制导精度的重要因素之一。在Mie理论的基础上,从单个球形粒子的散射效率因子出发,得到了1～6μm群体粒子的散射系数。根据布格尔定律导出了群体粒子对激光束的散射光强表达式,然后在接收器视场角范围内,模拟了散射光强的分布情况。结果表明,沿着激光束的传播方向,散射光强存在比较大的起伏,并且越靠近接收器的视场中轴线,散射光强有减少的趋势。     

群体雾粒子散射模型及散射角谱研究

 如何提高制导精度是研制制导系统所要关心的问题,在有雾的天气情况下,群体雾粒子的散射是影响制导精度的重要因素之一。在Mie理论的基础上,从单个球形粒子的散射效率因子出发,得到了1～6μm群体粒子的散射系数。根据布格尔定律导出了群体粒子对激光束的散射光强表达式,然后在接收器视场角范围内,模拟了散射光强的分布情况。结果表明,沿着激光束的传播方向,散射光强存在比较大的起伏,并且越靠近接收器的视场中轴线,散射光强有减少的趋势。     

一种内混合气溶胶粒子模型光散射的等效性

以包含灰尘、黑碳和水三种成分的单分散内混合初次气溶胶为例,利用消光、吸收、散射效率因子和不对称因子,探讨了以等效折射率描述具有不同成分的内混合气溶胶粒子系统的适用性。结果表明,在尺度参数为0.1～25时不同半径比下,消光、吸收和散射效率因子的等效性较好,相对误差分别在3%、3%和4%以内;不对称因子的等效性相对稍差,相对误差在13%以内。当半径比a/b小于1/5,即内混合体中所含灰尘和黑碳较少时,等效折射率实部和虚部值基本可以确定,而不必考虑尺度参数的影响。用除散射相函数之外的其他光学量来等效时,较为容易找到等效的气溶胶粒子。     

光复散射对消光法粒径测量的影响:复散射模型与数值模拟

复散射效应在光散射颗粒测量中不仅重要．且尚未得到很好解决。采用蒙特卡罗方法,对不同的光波长,颗粒浓度以及收接器条件下的光复散射进行了数值模拟．数值算法程序经与四通量模型进行对比验证,数值结果与单散射条件的郎伯-比尔模型进行比较．进而讨论了复散射效应对消光法颗粒粒径测量影响。表明复散射对消光法颗粒测量的影响不仅取决于颗粒系自身的浓度．而且接收器的几何尺寸和接收位置起着非常重要的作用,减小颗粒介质层厚度和减小光接收器接收面积．增大接收距离以及减小接收角都能减小复散射效应对消光法粒径测量的影响。     

Light scattering by complex ice-analogue crystals

Angle-dependent light-scattering measurements on single ice analogues crystals are described. Phase functions and degree of linear polarization are measured for electrodynamically levitated crystals. A procedure for randomizing particle orientation during levitation is demonstrated. The dependence of scattering on the shape, complexity and surface roughness of the crystals is examined. The phase functions from complex crystals with smooth surfaces show little dependence on shape. There is close agreement between the measured functions and the analytic phase function for ice clouds. However, rosettes with rough surfaces have qualitatively different phase functions, with raised side and back scattering. The asymmetry parameter is typically about 0.8±0.04 and 0.63±0.05 for smooth and rough crystals, respectively. The 22° halo peak is present for smooth rosettes and aggregates but absent for rough rosettes. Two-dimensional scattering patterns from several crystals in fixed orientations are also shown. The results suggest that it may be possible to use such patterns to discriminate not only between crystals of different shape but also to obtain some information on surface properties.     

Using the T‐Matrix Method for Light Scattering Computations by Non‐axisymmetric Particles: Superellipsoids and Realistically Shaped Particles

Light scattering by non‐axisymmetric particles is commonly needed in particle characterization and other fields. After much work devoted to volume discretization methods to compute scattering by such particles, there is renewed interest in the T‐matrix method. We extended the null‐field method with discrete sources for T‐matrix computation and implemented the superellipsoid shape using an implicit equation. Additionally, a triangular surface patch model of a realistically shaped particle can be used for scattering computations. In this paper some exemplary results of scattering by non‐axisymmetric particles are presented.     

激光散射法测试超细颗粒粒度分布的研究

本文系统研究了样品制备条件对激光散射法测试超细颗粒粒度的影响,例如:分散介质的选择、分散剂的类型和浓度、分散颗粒的浓度、超声分散的时间和强度等。并与其他TEM结果进行了对比。研究表明:只有将各种条件最优化,获得高度分散和稳定的悬浮体系或胶体体系,才能最终精确地得到颗粒的粒度分布结果。     

基于微扰近似的圆锥表面光散射*

由Hueygen原理出发,介绍了粗糙表面的光散射特性.基于微扰近似,在不考虑遮蔽效应和圆锥顶点的散射情况下,分析了圆锥物体的光散射特性,推导了圆锥物体对平面光的散射场解析表达式.计算了圆锥表面在高度起伏均方根不同情况下对1.06μm光波的散射,并且得到了入射角一定的情况下,不同观察方向的散射光强分布曲线.结果表明,在观察方位角不变时,圆锥的散射光强随观察角顶角的增加先增大后减小|在观测方位角一定时,散射光强随高度起伏均方根的增加而减小,且随观察方位角呈对称分布.     

Light scattering by some nematic liquid crystals due to phase transitions

New computer modelling of light scattering and its propagation through liquid crystal has been presented using T-matrix method in the structural phase transition regions. Numerical aspects of light scattering process, which are based on numerically solving Maxwell's equations, were calculated for some nematic liquid crystals. Firstly, we described in detail T-matrix method for computing light scattering from nematic liquid crystals and presented results of benchmark computations for the considered model. We reported results of extensive calculations for polydisperse, randomly oriented rod-like multilayered systems (nematic liquid crystals). Our results are associated with light scattering by ferroelectric and ferroelastic materials.     

基于微扰近似的圆锥表面光散射

由Hueygen原理出发,介绍了粗糙表面的光散射特性.基于微扰近似,在不考虑遮蔽效应和圆锥顶点的散射情况下,分析了圆锥物体的光散射特性,推导了圆锥物体对平面光的散射场解析表达式.计算了圆锥表面在高度起伏均方根不同情况下对1.06μm光波的散射,并且得到了入射角一定的情况下,不同观察方向的散射光强分布曲线.结果表明,在观察方位角不变时,圆锥的散射光强随观察角顶角的增加先增大后减小;在观测方位角一定时,散射光强随高度起伏均方根的增加而减小,且随观察方位角呈对称分布.     

Scattering Matrix Method for Modeling Defect Modes in 2-D Photonic Crystals

A novel and numerically efficient treatment of electromagnetic modes localized at defects in two-dimension (2D) photonic crystals is presented in this paper. The method represents the fields in terms of scattered fields by each column of the photonic crystals. With the method, the field distributions in two photonic crystal structures are calculated with satisfying results.