小粒子光散射的矢量復射線法研究.pdf

1、自然界和工農業(yè)生產中存在大量形態(tài)各異的粒子，其形狀、濃度、折射率、尺寸分布等參數(shù)的測量對環(huán)境監(jiān)測、生產控制和能源消耗等都有重要意義。粒子光散射是小粒子尺度特性測量的理論基礎，與具有解析解并可精確計算規(guī)則形狀粒子散射場的 Mie理論相比，幾何光學近似方法在大尺寸粒子散射計算中，具有運算速度優(yōu)勢。而近年來提出并發(fā)展的矢量復射線法借助矢量運算，同時引入局部波前散度因子，通過波陣面和折光面的曲率半徑，計算光線每次經過折光面的散度因子，并確定焦線

2、引起的相移。該方法對于大尺寸復雜形狀粒子散射問題的求解具有很好的開發(fā)潛力。本文利用矢量復射線法研究了雙層球對平面波的散射并結合無坐標法研究了單軸各向異性粒子光線傳播問題。
　　本文首次將矢量復射線法運用到雙層球粒子的散射計算中，提出一種運用二進制碼來標記光線路徑的方法，不僅可以一一對應光線物理過程，其數(shù)學形式便于編程計算。另外，推導了一種矢量追跡公式，能夠方便地確定光線與雙層球折光面作用點?；谏鲜龉降氖噶繌蜕渚€法，避免了傳統(tǒng)幾

3、何光學方法中對光線路徑和散度因子復雜的推導和角度運算，方便考慮高階光線對散射場的貢獻。該矢量復射線法還可推廣到多層球粒子散射的計算中。雙層球粒子散射數(shù)值模擬結果與解析解進行了對比，對比結果吻合較好。
　　基于解析法的各向異性粒子散射計算存在大尺寸參量有限的不足，本文運用幾何光學研究了各向異性球粒子的散射，結合無坐標方法，推導并數(shù)值計算了任意光軸取向下光線由電各向異性介質入射到各向同性介質時無坐標形式的反射/折射系數(shù)，并退化到各向同