广义米理论及其在粒度分析中的应用

有形波束的散射问题在粒度分析测量仪器的研究中有着特殊重要的意义，本文介绍了处理均匀球形粒子对有形波束散射的广义米理论，并应用该理论研究了双柱形激光波束粒子测量系统的散射问题，与未理论和几何光学相比，其结果与实验吻合很好。

任意入射高斯波束对偏心球微粒辐射俘获力的理论分析

基于偏心球微粒对任意入射波束的散射以及离轴入射高斯波束对偏心球微粒辐射俘获力的理论研究,对高斯波束任意入射时的辐射俘获力进行了精确地计算与分析。给出了任意入射时偏心球微粒的辐射俘获力的理论表达式。理论退化到双层球微粒并与已有的理论结果进行对比,吻合很好。分析了辐射俘获力随内核半径、球心间距离、入射角度的变化关系;考虑波束极化方向,分析了不同入射方向时辐射俘获力与极化角度之间的关系。

多层球对高斯波束的散射

本文根据广义米氏理论，将入射高斯波束用矢量球谐函数展开，研究多层介质球的电磁（光）散射。提出波束因子ｇｎ的改进算法以及散射系数ａｎ和ｂｎ的迭代公式和算法，并进行了数值计算与讨论。

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.

离轴球形粒子对高斯波束的散射

本文根据广义米氏理论，将入射高斯波束用矢量球谐函数展开，研究离轴球形粒子的电磁（光）散射。获得波束因子／ｇ表达式和它的局域近似结果，以及散射系数ａｎ和ｂｎ的计算公式。讨论了波束宽度和粒子离轴位置对散射系数、消光系数、散射强度角分布。

激光对含偏心核球形粒子的辐射俘获力

利用偏心球形粒子对任意角度入射有形波束散射的理论,从广义米理论出发,根据电磁场的动量守恒及麦克斯韦张量,推导了任意入射波束对偏心球形粒子辐射俘获力的级数表达式,并以高斯波束为例,就离轴入射有吸收偏心球形粒子时的辐射俘获力进行了数值模拟,讨论了束腰半径、吸收系数、内核的相对大小及位置对俘获情况的影响.

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.

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,也讨论了束腰半径、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.

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.

基片表面缺陷粒子在激光波束作用下的辐射力分析

针对基片无损检测工作中缺陷粒子的清除问题,基于广义米氏理论,结合球形缺陷粒子对激光波束的散射理论,研究了沿基片水平方向入射高斯波束对介质球缺陷粒子的辐射力。根据连带勒让德函数及三角函数的正交关系,给出作用在高斯波束中介质缺陷球体粒子上的横向以及轴向辐射力的解析表达式,并分析不同参数对辐射力的影响。结果表明,随激光束腰半径的减小,辐射力峰值变大;随束腰半径增大,光轴的能量降低,散射力减小;随粒子折射率减小,散射力逐渐减小。工程上可通过减小激光波束束腰半径加大激光能量,以便更有效地清除缺陷粒子;亦可通过对辐射力的定量分析实现缺陷材质的检测。

多波长消光法粒径测量中颗粒形状的影响

对多波长消光法颗粒测量方法中非球形颗粒形状的影响进行研究。采用广义米散射理论数值模拟计算了不同长短轴椭球颗粒在不同入射角度下的消光截面和消光系数,并与等效球形颗粒的消光特性进行比较,结合Lambert-Beer定律计算消光谱,采用正则化算法反演椭球颗粒粒径,进而分析椭球颗粒形状对粒径测量结果的影响。结果表明,与球形假设相比,椭球颗粒的形状改变使得粒径反演结果产生较大偏差。本算例中,对于亚微米颗粒,当形状参数a/b=5时,其相对偏差可能超过90%。

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。

Near-field coupling and SERS effects of palladium nanoparticle dimers

The linear optical properties and the surface-enhanced Raman scattering (SERS) effect of spherical palladium nanoparticle dimers are analyzed theoretically using generalized Mie theory. The calculation results demonstrate that the near-field coupling effect greatly influences the absorption, scattering and extinction spectra of nanoparticle dimers. The surface plasmon resonance wave- length red-shifts dramatically as the separation between nanoparticles decreases. Because of the near-field coupling between nanoparticles and the size effect, the maximum SERS enhancement factor at the 'hot spot' between palladium nanoparticle dimers is as high as 107-108, while the averaged SERS enhancement factor over the entire nanoparticle surface is in the range of 105-106. The deviation between the position of the peak in the extinction spectrum and the wavelength for maximum surface-averaged enhancement for the Pd nanoparticle dimers indicates that localized surface plasmon resonance has different influences on the far and near fields. These theoretical results may help to reveal the relationship between the far and near fields, as well as understand the mechanism of electromagnetic enhancement in the surface-enhanced scattering of transition metals.

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。