基于离散偶极子近似生物细胞光散射研究

用离散偶极子近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)对生物细胞的光散射特性进行数值模拟,分析讨论了基于生物细胞的相对折射率、散射截面、粒子直径等的光散射图像。分析表明,生物细胞的散射光强随着散射角度和相对折射率的增大而增大,散射的主要能量集中在10°散射角以内。然后设计了用于分析悬浮生物细胞的光散射实验装置,并以悬浮的牛肾细胞作为实验样品,进行实验研究。分析结果显示,模拟数据与实验数据符合较好。为进一步研究生物细胞散射特性以及无损检测提供一种理论和实验方法。

采用DDA方法分析非球形粒子辐射特性

利用离散偶极子近似法(DDA)计算了三种几何形状、不同尺度参数、不同复折射率的非球形粒子随机取向时的衰减因子、反照率和散射相函数等辐射特性参数,并与等体积球形粒子进行了比较.分析结果表明:非球形粒子的辐射特性与等效球形粒子的辐射特性存在着差别,这种差别随着粒子的形状、尺度参数和复折射率等参数的变化而变化,并且具有一定的规律,同时存在一个临界尺度参数,此时非球形粒子与等效球形粒子的辐射特性差别可忽略不计.

利用实验资料检验扁椭球形雨滴和冰粒后向散射DDA算法

简要介绍了DDA法理论 ,并根据后向散射截面测量实验所选用的扁椭球形粒子 ,运用DDA法计算了它们在微波段 ,电磁波垂直于粒子旋转轴入射情况下的后向散射截面。经过对比 ,DDA法计算结果与实验测量资料一致性较好。同时评价了DDA算法计算的特点 。

Cu_2S量子点的表面增强Raman散射

先制备油性Cu_2S量子点,再根据Maxwell电磁波理论,利用Gauss软件模拟Cu_2S量子点的Raman散射光谱,并用MATLAB对不同粒径Cu_2S量子点产生的表面增强Raman散射(SERS)进行模拟分析.结果表明:Cu_2S量子点具有较强的SERS信号;当Cu_2S量子点粒径为2~10nm时,SERS信号随粒径的增大而增强,并趋于稳定.

鳞片石墨粒子红外消光性能数值计算

利用离散偶极子近似（DDA）方法计算了圆形鳞片石墨粒子对中远红外消光性能与波长、圆片直径和厚度等的关系，结果表明，片径3～4mm的圆形鳞片石墨粒子（厚度为直径的1/10）对中远红外的消光性能较好，散射作用大于吸收作用，圆片粒子的消光性能明显好于对应有效半径的球形粒子的消光性能，圆片厚度越薄，消光系数越大，并逐渐趋于最大值。

六角形冰晶的94 GHz毫米波后向散射特性的模拟计算分析

利用离散偶极子近似法(DDA),研究了等效半径Re在0.8 mm范围内的柱状和片状冰晶在不同空间取向、温度和尺度比时,对94 GHz雷达发射的水平偏振波产生的后向散射,并讨论了等效雷达反射率因子Ze随粒子谱中值直径及冰水含量的变化。结果表明,温度对后向散射效率的影响较低,空间取向对后向散射效率的影响与粒子大小和形状有关。当雷达波垂直指向天顶,在冰晶粒子等效半径Re<0.8 mm时,水平取向冰晶的后向散射效率比随机取向大,粒子越偏离球形,差别基本上越大;在同一取向时,粒子越偏离球形,后向散射效率基本上越大。在一定冰水含量下,取向、形状和冰晶谱的形状参数对Ze的影响和粒子谱中值直径有关;对于垂直指向的雷达,如果将六角形冰晶等效为等体积球形冰晶,当粒子较大(0.4 mm<Re<0.8 mm)时,其Ze将被低估。

基于不对称比的火灾烟雾探测器散射角优化

为提升基于不对称比的火灾烟雾探测器的性能,优化散射角,通过对火灾烟雾粒径信息的收集,建立光散射物理模型,再采用离散偶极子近似(DDA)方法,计算一定粒径分布火灾烟雾的散射光强角分布,探讨颗粒形貌和尺寸参数对于散射特征的影响。计算结果表明:散射光强随观察角的增加在整体上呈现先下降后上升的趋势,散射光强最小值对应的角度随尺寸参数变化;基于不对称比的烟雾探测器散射角的优化设计关键在于后向散射角的选取,当尺寸参数较小时,后向散射角应选择110°,当尺寸参数较大时,后向散射角应选择135°。

等体积不同纵横比水滴粒子的光学特性计算

不同重力场环境中水滴粒子的形状会偏离球形,为了研究水滴粒子非球形化程度对其光学特性的影响,本文计算了不同方向取向下,等体积不同纵横比水滴粒子在3.0~5.0 μm波段的光学特性。研究发现虽然不同纵横比水滴粒子的光学特性在3.0~5.0 μm波段的变化趋势相似,但具体数值仍然明显依赖于水滴粒子的空间取向和偏离球形程度。总体而言,水滴粒子的吸收截面只在方位角θ较小和波长较短时随其纵横比显著变化;而散射截面、不对称因子和散射相函数则在任意方位角和波长下都对水滴粒子的纵横比有较明显的依赖。因此,由于光学特性对水滴粒子的纵横比有较强的依赖性,由水滴粒子所组成的水雾的辐射传输特性会强烈依赖于水滴粒子的形状。

Au纳米粒子二维周期阵列的LSPR消光特性分析

采用离散偶极子近似(DDA)方法,对不同间距的Au纳米粒子阵列在不同介质情况下的消光特性进行仿真分析。分析结果表明,消光峰值波长和强度随纳米粒子间距的减小而增大,但在间距较大的情况下折射率灵敏度基本不变。实验测量结果也表明,不同的密度分布的Au纳米球阵列对应了基本相同的折射率灵敏度。因此,在纳米粒子间距较大时,纳米粒子阵列局部分布的不均匀不会改变整体的折射率灵敏度,相同的消光峰值波长红移量对应相同的介质折射率变化量。

非球形冰晶的毫米波k-Z_e关系研究

针对毫米波雷达处理数据的实际需要,应用离散偶极子近似法DDA,获得了非球形冰晶的后向散射及衰减截面并进行了参数化,并主要基于细化的冰云模型,假设冰晶粒子谱为Γ分布,通过模拟取样各1330次(代表1330种粒子分布),分别计算得到了W波段(94 GHz)与Ka波段(35 GHz)毫米波雷达探测的冰云衰减系数k及雷达反射率因子Z e,而且利用数值模拟的方法,建立了k-Z e关系的具体表达式。计算表明,非球形和非瑞利散射对W波段毫米波雷达衰减的影响较大,而且在同样滴谱分布条件下,W波段毫米波雷达的衰减比Ka波段毫米波雷达的大几倍,此外细化的冰云模型对k-Z e关系具有影响。本研究对中纬度非降水性冰云的毫米波雷达的衰减订正具有参考价值,并对中国的毫米波雷达应用具有借鉴作用。

金和银纳米粒子二维周期阵列的光学性质

本文利用离散点偶极子近似方法(DDA)研究了金和银纳米粒子二维周期阵列的光学性质。研究结果表明二维周期阵列的消光性质及其表面等离子共振(SPR)波长受到阵列内粒子组成材料、粒子形状尺寸、阵列周期和阵列排布方式等因素的影响。对于二维正方阵列,当周期较小时(一般小于300 nm),阵列的共振波长主要取决于粒子组成材料和形状尺寸;当周期与阵列单体的共振波长附近时,阵列的消光谱中会出现极窄且锐的SPR共振峰,峰位只与阵列的周期值相关。改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向的周期,可以方便地调节二维长方阵列的共振峰的峰位和峰宽。