各向異性粒子系對平面波-高斯波束的散射.pdf

1、電磁(光)波與各種規(guī)則和非規(guī)則粒子之間相互作用作為國際上研究的熱點課題之一，在粒度分析、生物醫(yī)學、環(huán)境檢測等領域中有著廣泛的應用。目前對單個各向異性介質球形粒子及多個各向同性介質球形粒子對平面波的散射特性的研究報道較多。但是對于兩個或多個各向異性介質球形粒子及其它形狀的各向異性介質粒子與電磁波的相互作用仍然是比較新的課題，值得更進一步的研究。
　　 本文圍繞單個單軸各向異性介質球、橢球，多個單軸各向異性介質球對(任意方向入射)平

2、面波的散射問題及任意方向高斯波束入射下的聚集各向同性介質球形粒子的散射特性和作用在單軸各向異性介質球上的輻射力和扭矩來展開研究。主要成果如下：
　　 1、導出了具有任意傳播方向兩種極化模式的平面波用球矢量波函數(shù)的展開形式，導出了其展開系數(shù)。數(shù)值分析了平行主光軸平面波入射時，大尺寸參數(shù)單軸各向異性介質球的雷達散射截面的角分布；詳細分析了平面波不平行主光軸入射時，介電常數(shù)張量元、磁導率張量元、有耗、無耗、尺寸參數(shù)、入射角和方位角等對

3、單軸各向異性介質球的雷達散射截面的影響。
　　 2、研究了單軸各向異性介質球對離軸高斯波束的散射特性。應用連帶勒讓德函數(shù)和三角函數(shù)的正交遞推關系，導出了離軸高斯波束對單軸各向異性介質球的橫向和軸向輻射力的解析表達式。數(shù)值分析了在軸高斯波束入射時，介電常數(shù)張量元對軸向輻射力的影響，詳細討論了單軸各向異性介質的有耗性、球半徑、束腰寬度、球心與束腰中心距離對離軸高斯波束作用在單軸各向異性介質上的軸向和橫向輻射力的影響。
　　

4、3、基于球矢量波函數(shù)及其坐標旋轉理論，導出了任意傳播方向高斯波束在固定直角坐標系下的球矢量波函數(shù)的展開形式，詳細討論了波束形狀因子及其收斂屬性。導出了離軸斜入射高斯波束對單軸各向異性介質球的橫向和軸向輻射力的解析表達式。數(shù)值計算了離軸斜入射高斯波束對單軸各向異性介質球的軸向，橫向輻射力以及合力隨入射角和方位角的變化。應用連帶勒讓德函數(shù)及三角函數(shù)的正交遞推關系，導出了離軸斜入射高斯波束對單軸各向異性介質球的輻射扭矩的解析表達式，數(shù)值分析了

5、波束中心位置和入射角對作用在單軸各向異性介質球上的輻射扭矩的影響。
　　 4、基于廣義多球Mie理論研究了任意結構的均勻各向同性聚集球形粒子對任意方向入射平面波及任意方向入射高斯波束的散射，應用球矢量波函數(shù)的平移加法定理導出了相干散射系數(shù)及總散射系數(shù)。數(shù)值計算了幾種不同結構的聚集粒子對兩種極化模式入射平面波的總散射強度的角分布。數(shù)值分析了束腰寬度、球間距、球個數(shù)、波束中心位置及入射角對幾種分布的聚集球形粒子對兩種極化模式高斯波束

6、入射時的散射特性的影響。數(shù)值討論了兩種聚集結構的紅細胞及煙塵簇團粒子對兩種極化模式的入射高斯波束的散射特性。
　　 5、研究了兩個主光軸相互平行的均勻單軸各向異性介質球對平行主光軸的平面波的散射，應用切向連續(xù)邊界條件推導了散射系數(shù)的解析表達式。數(shù)值分析了尺寸參數(shù)、單軸各向異性介質的吸收性及球間距對散射特性的影響?；陔p球散射結果，進一步研究了具有相互平行主光軸的任意結構聚集單軸各向異性介質球形粒子對任意方向入射的平面波的散射，導

7、出了相干散射系數(shù)及總散射系數(shù)的解析表達式。數(shù)值分析了入射角和方位角關于幾種典型結構的聚集單軸各向異性球形粒子對平面波散射的雷達散射截面的影響。詳細討論了幾種聚集單軸各向異性球形粒子對任意方向入射平面波散射的前后向雷達散射截面關于入射波長的變化。
　　 6、首次從理論上導出了單軸各向異性介質橢球對正入射平面波散射的解析解。利用單軸各向異性介質球的內場用球矢量波函數(shù)展開的方法，結合完整的球矢量波函數(shù)與長旋轉橢球矢量波函數(shù)之間的關系，