復(fù)雜粒子體系對(duì)波束的散射及其應(yīng)用.pdf

1、粒子對(duì)波束的電磁(光)散射作為國際研究熱點(diǎn)領(lǐng)域之一，在粒度分析、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測、宇宙遙感等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。對(duì)平面波和三維高斯波束入射各向同性球和圓柱的散射研究已有大量報(bào)道。但是，粒子或多粒子對(duì)其它類型波束散射，以及各向異性介質(zhì)粒子對(duì)波束散射仍然值得進(jìn)一步研究。 本文圍繞復(fù)雜粒子體系對(duì)有形波束散射這一具有重要理論意義及應(yīng)用前景的課題開展研究。主要成果如下： 1.導(dǎo)出了多層圓柱對(duì)二維高斯波束的散射系數(shù)Debye seri

2、es解，理論證明了該方法與廣義米理論(GLMT)散射系數(shù)數(shù)學(xué)公式的一致性關(guān)系：分析了Debye series分量描述的雙層圓柱的彩虹散射強(qiáng)度。數(shù)值計(jì)算了圓柱和波束參數(shù)對(duì)散射強(qiáng)度分布的影響；利用Debye series分量討論了雙層圓柱的折射率和半徑對(duì)雙一階彩虹的影響。 2.詳細(xì)推導(dǎo)了球和圓柱坐標(biāo)系中兩種矢量波函數(shù)的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系；導(dǎo)出了在軸和離軸二維高斯波束在球坐標(biāo)系中的波形因子，該方法避免了復(fù)雜積分，提高了計(jì)算效率。利用二維高斯

3、波束入射場，內(nèi)場和散射場的球矢量波函數(shù)展開，結(jié)合邊界條件，獲得了散射系數(shù)的表達(dá)式。以水滴和有核血細(xì)胞為例，數(shù)值計(jì)算了分層球?qū)ΧS高斯波束的散射，分析了粒子和波束參數(shù)對(duì)散射強(qiáng)度的影響。 3.研究了高斯波束入射各向異性球粒子的散射特性。采用傅立葉變換和球矢量波函數(shù)表示了內(nèi)場和散射場；結(jié)合邊界條件，推導(dǎo)了波束入射情況下散射系數(shù)的表達(dá)式，以及各向異性球內(nèi)場各特征波場分量的表述式。數(shù)值計(jì)算了在軸和離軸高斯波束入射各向異性球時(shí)散射強(qiáng)度、內(nèi)場

4、和表面場的空間分布，討論了波束參數(shù)、介電參數(shù)對(duì)其分布的影響。將該方法推廣到導(dǎo)體各向異性涂層球的散射研究，計(jì)算了涂有磁化等離子體層的導(dǎo)體球散射強(qiáng)度分布。 4.研究了厄米高斯波束入射多層球和圓柱的散射特性。推導(dǎo)并證明了旁軸波動(dòng)方程的解與復(fù)源點(diǎn)方法之間的一致性關(guān)系。基于復(fù)源點(diǎn)方法描述的多模高斯波束場，結(jié)合球和圓柱矢量波函數(shù)展開方法，導(dǎo)出了二維和三維高階厄米波束的波形因子；數(shù)值計(jì)算了多層球和圓柱對(duì)厄米高斯波束的散射特性，討論了球、圓柱參