基于广义Mie散射理论的椭球粒子粒度测量方法研究

基于广义Mie氏理论，计算了平面光入射时，椭球粒子的散射光空间分布．并通过数值计算，系统研究了椭球颗粒散射光强分布与颗粒的折射率、长短轴之比和尺度参数的关系，发现可以通过测量散射光的峰值的个数及散射强度第一极小值所在角度来判断椭球粒子的粒度及椭球度．

爱因斯坦对理论物理学的影响

对称性支配相互作用,几何学位于物理学的核心,形式的美在描述世界中起着一定的作用,这些都是对当代思想产生了深刻影响的识见。

基于时域有限差分法的冰晶粒子群多次散射特性

为了精确地利用雷达回波信号反演降雪粒子的微观物理参数,建立满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型,利用XFDTD软件计算了这两类非球形冰晶粒子群模型在94 GHz频率下的雷达散射截面,分别为-37.690 0和-40.301 0dB·m^2,与简单叠加计算的结果对比后发现绝对误差分别达到0.334 4和0.733 7 dB.在冰水含量一定时,满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型在分别考虑多次散射和单次散射下雷达反射率因子的绝对误差分别为0.334 6和0.733 7 dB,因此粒子群的多次散射效应在实际气象探测中必须加以考虑.

太赫兹波在烟尘气溶胶中的传播特性

随着太赫兹波技术的发展,对其在各种大气条件下的传播特性的研究是很有必要的。本文利用扩散限制凝聚模型(DLA方法)模拟了组成烟尘气溶胶的簇团粒子,并利用广义Mie理论(GMM)方法计算了不同基本粒子个数的单个簇团粒子对波长分别为30μm、35μm和40μm的太赫兹波的散射特性。另外本文还利用蒙特卡罗方法模拟计算了浓度较大的烟尘气溶胶对太赫兹波的衰减特性并将结果与波长为6.2μm的红外波段的结果进行比较,结果显示,太赫兹波在烟尘气溶胶中传播的衰减要小的多,这也说明太赫兹波更加适合在烟尘气溶胶中传播。

双球聚集粒子辐射特性分析

基于广义Mie理论求解方法(GMM),考虑单元粒子之间的相互作用,计算了不同尺度参数不同间距的双球聚集粒子的衰减因子、散射因子等辐射特性参数,同时分析了双球聚集粒子与不考虑相互作用计算所得的辐射特性差异,分析结果表明:考虑相互作用与不考虑相互作用计算所得的双球聚集粒子的辐射特性存在着一定的差别,这种差别随粒子间距、尺度参数的变化而变化,最大偏差达30%左右。

采用GMM方法分析聚集粒子的辐射特性

采用广义多粒子M ie理论(GMM)研究了由球形微粒组成的聚集粒子的衰减因子、散射因子、散射相函数等辐射特性参数,考虑单元粒子之间的相互作用,与M ie理论计算的辐射特性参数(不考虑单元粒子之间的相互作用)进行分析比较.结果表明:考虑相互作用与不考虑相互作用所得的聚集粒子辐射特性存在着差异,这种差异随着粒子间的距离、尺度参数的变化而改变,并且具有一定的规律.同时,分析了聚集粒子与等效(等体积或等面积)单粒子之间的辐射特性差异对辐射传输计算的影响,研究发现:考虑相互作用的聚集粒子组成的粒子系与等效球粒子系的温度场之间有明显的差异,相对偏差的最大值约20%,因此,在计算聚集粒子组成的粒子系的温度场时不能忽略粒子间的相互作用.

94 GHz频率下冰晶粒子多次散射特性的研究

为了认识冰晶粒子群在94 GHz频率下的散射特性,利用互散射、相干Mie散射以及简单叠加法进行研究.结果表明,这3种方法得到的粒子群散射结果明显不同,目前的雷达气象方程使用简单叠加法计算粒子群的散射时不能精确地反演云的微物理特征,如冰水含量及有效半径等.利用3种方法比较了不同位置、不同复折射指数、不同尺度参数以及不同数量的粒子群散射强度特性后发现云的多次散射特性不能被忽略.

蒸发微粒气体对光的消光特性

在真空镀膜问题中,对蒸发出的有机分子颗粒作粗粒化处理,在假定其形貌为球体粒子条件下,针对由一定数量的、随机分布的蒸发微粒组成的多粒子体系,利用电磁学广义Lorenz-Mie理论研究了该多粒子体系对光的消光特性.计算结果表明,随着主粒子粒径的增大和数量的增加,消光系数呈现出先增大后减小的趋势,体系消光系数存在极大值;当平面波入射时,入射光能量相对高斯光束具有更大的损耗.另外,讨论了不同主粒子尺寸参数下电磁场幅值的分布特性.

基于一阶彩虹区域高斯光散射的液滴测量

为实现雾化过程中局域内单液滴的测量,采用德拜级数展开研究了高斯光照射下球形液滴一阶彩虹区域的散射光强分布,以及高斯光束腰大小对光强分布峰值角度的影响.根据德拜级数展开计算的散射光强分布反演液滴的折射率和粒径,证明了根据高斯光的彩虹散射反演液滴信息的可行性.基于广义洛伦兹-米氏理论计算一阶彩虹区域的总光强分布,根据总光强分布反演液滴折射率和粒径,讨论了高斯光束位置对反演液滴信息的影响.对于半径在200~1 000μm区间的液滴,高斯光束位于中心入射时,反演折射率的误差小于2.38×10-4,粒径的相对误差在-3.31%~3.31%之间.与采用平行光彩虹技术相比,采用高斯光束为入射光可以得到较高的光能聚集区,较好地定义测量区大小,既可以有效避免多个液滴同时出现在测量区的情况、减小颗粒之间复散射的影响,又可以提高信号强度.

基于后向光散射的颗粒测量技术研究

颗粒粒径和颗粒折射率是光散射颗粒测量技术中的重要参数。为了实现颗粒粒径的测量及其分档,在广义Mie理论基础上,分析了颗粒粒径及折射率对后向散射光能分布的影响,并得到了后向散射光能分布随颗粒粒径及折射率呈周期变化规律。实验验证结果表明,后向散射光能与颗粒粒径及颗粒浓度有关。研究结果可为后续的颗粒测量研究提供参考。

爱因斯坦和方法

阿耳伯特·爱因斯坦的姓名早为大家所熟知。如今,“爱因斯坦”已成了科学、智慧、理性的象征。在爱因斯坦身上蕴藏有巨量智能。这是人类财富当中的珍宝。只就科学方法而论,人们从他那里可获得的力量将无可估量。他之注重科学方法出自高度的自觉,他之使用科学方法善于独创。尤其相对论的方法论特征可作为攀登科学高峰的路标:虽然那并不是唯一的途径。所有这些都闪耀着哲学的光辉。

量子引力和人的思维

由李新洲教授撰写的《量子引力和人的思维》深入浅山,引人入胜,是一篇值得一读的好文章。他本人在量子引力这一领域也有一定的造诣。他把活跃在这一领域中的两位当代著名科学家彭罗斯和霍金的思想作了全面的介绍。人脑虽然极微妙,但它毕竟是自然的一部分,所以,看来人脑还得受自然定律(也许是量子引力的定律)的支配。

爱因斯坦传（连载四十一）

福克尔（AdriaanDanielFokker）1913年下半年在洛伦兹指导下获博士学位。他的学位论文是关于辐射场中电子的布朗运动，文章里包含着后来著名的福克尔一普朗克方程。这一工作结束后，洛伦兹将他送到苏黎世跟爱因斯坦工作。他们的这次合作，只进行了一个学期，发表了一篇短文。．这篇论文，对广义相对论的历史有着重要意义，因为这是爱因斯坦第一处理严格服从广义协变性的引力理论。

球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究

研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性.根据广义Mie理论,推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式.针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真,讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的变化特性,并通过散射系数解释了散射强度分布的振荡现象.结果表明,在聚焦拉盖尔-高斯光束照射下,球形粒子的后向散射强度随着粒子半径的增大而逐渐增大;后向散射强度开始增大时对应的粒子半径与拓扑荷有关.通过与高斯光束的对比,可以看出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射特性的差异,使其在粒径测量、光通信和大气后向散射探测等方面具有潜在应用价值.

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.

水下悬浮球形藻类粒子群对拉盖尔-高斯涡旋光束的散射

水下信道中存在大量的悬浮藻类粒子,对激光信号传输特性有显著的影响。基于广义Mie理论,建立了水下悬浮球形藻类粒子对拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束的散射模型。首先,数值仿真了单个悬浮球形藻类粒子对LG涡旋光束散射特性的影响,并计算了粒子半径、束腰半径、涡旋光阶数和拓扑荷数对其微分散射截面的影响。然后,进一步讨论了水下悬浮球形藻类粒子群对LG涡旋光束微分散射截面的影响。结果表明:对于水下单个悬浮球形藻类粒子,微分散射截面随粒子半径、涡旋光阶数和束腰半径的增大而增大,随涡旋光拓扑荷数的增大而减小;对于水下悬浮球形藻类粒子群,微分散射截面随涡旋光阶数和束腰半径的增大而增大,随涡旋光拓扑荷数的增大而减小。

彩虹及在非均匀球中的应用

利用广义洛伦兹米氏理论 ,研究了多层球折射率按指数规律变化时 ,其一阶彩虹角分布随折射率变化的情况。研究结果表明 ,无论折射率为指数增大还是指数衰减 ,多层球彩虹角位置均与折射率分布密切相关 ,为探测非均匀球的折射率及梯度分布以及燃烧室的温度分布提供了有效的信息。

偏心球对贝塞尔波束的散射特性研究

基于广义洛伦兹米理论,研究了偏心球粒子对在轴入射零阶贝塞尔波束的散射。利用球矢量波函数展开,给出了空间各区域电磁场的展开形式以及远场散射场表达式,并利用电磁场的边界条件,给出了各系数关系形式。通过与面积分方程方法的数值结果对比,验证了理论的正确性。数值分析了波束锥型角、偏心球内核介质折射系数、偏心距、内核半径等波束、偏心球参数对远场散射的影响。

拉盖尔高斯光束矢量远场单球粒子的散射特性

运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义Mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积增大,位于光轴上的微分散射截面减小;随着粒子尺度参数的增大,消光效率因子、散射效率因子和吸收效率因子出现峰值,并且峰值随着拓扑荷数的增大向着粒子尺度增大的方向移动。

高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射特性研究

运用广义洛伦兹-米散射理论(GLMT)研究了高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子的散射特性,将直角坐标系下沿z轴方向传播的贝塞尔波束的电磁场强度各分量表达式转化成球坐标系下各个分量的表达式,使用GLMT中的积分局部近似法计算贝塞尔涡旋波束的波束因子,进而计算在轴入射的高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射。以硝酸铵球形粒子为例,通过数值计算,讨论了不同拓扑荷数和半圆锥角矢量贝塞尔涡旋波束与气溶胶粒子作用的微分散射截面随散射角变化的分布,以及消光截面、散射截面和吸收截面随均匀球形气溶胶粒子尺寸参数的变化情况。结果表明,随着贝塞尔涡旋波束拓扑荷数的增大,粒子微分散射截面值逐渐减小;拓扑荷数一定的贝塞尔涡旋波束随着光束半圆锥角的增大,消光截面、散射截面和吸收截面各值整体上趋向减小。