小粒子光散射的矢量复射线法分析

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3、析解并可精确计算规则形状粒子散射场的Mie理论相比，几何光学近似方法在大尺寸粒子散射计算中，具有运算速度优势。而近年来提出并发展的矢量复射线法借助矢量运算，同时引入局部波前散度因子，通过波阵面和折光面的曲率半径，计算光线每次经过折光面的散度因子，并确定焦线引起的相移。该方法对于大尺寸复杂形状粒子散射问题的求解具有很好的开发潜力。本文利用矢量复射线法研究了双层球对平面波的散射并结合无坐标法研究了单轴各向异性粒子光线传播问题。本文首次将矢量复射线法运用到双层球粒子的散射计算中，提出一种运用二进制码来标记光线路径的方法，不仅可以一一对应光线物理过程，其

4、数学形式便于编程计算。另外，推导了一种矢量追迹公式，能够方便地确定光线与双层球折光面作用点。基于上述公式的矢量复射线法，避免了传统几何光学方法中对光线路径和散度因子复杂的推导和角度运算，方便考虑高阶光线对散射场的贡献。该矢量复射线法还可推广到多层球粒子散射的计算中。双层球粒子散射数值模拟结果与解析解进行了对比，对比结果吻合较好。基于解析法的各向异性粒子散射计算存在大尺寸参量有限的不足，本文运用几何光学研究了各向异性球粒子的散射，结合无坐标方法，推导并数值计算了任意光轴取向下光线由电各向异性介质入射到各向同性介质时无坐标形式的反射/折射系数，并退化

5、到各向同性介质界面与菲涅尔系数进行了对比验证。最后，讨论了单轴各向异性球粒子对平面波散射的矢量复射线法中光程和散度因子的计算方法。关键词：小粒子光散射，几何光学近似，矢量复射线法，同心双层球，各向异性介质论文类型：基础研究类I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTSmallparticlesofvariousshapeswidelyexistinnatureandindustrialprocess,andthemeasurementoftheirparameters(shape,density,refractiveind

6、ex,sizedistribution,etc)isofpracticalsignificanceonenvironmentalmonitoring,productioncontrolling,andenergyconsumption.Lightscatteringbyasmallparticleisatheoreticalfoundationofparticlesizing.ComparedwithMietheory,whichrigorouslysolvestheinteractionoflightscatteringbyaregularpa

7、rticle,geometricalopticshastheadvantageofspeedforthecaseoflargeparticles.InVectorialComplexRayModel(VCRM)proposedrecentyears,vectorialFresnelformulaisintroduced,andcurvaturesofwavefrontanddiopticalsurfaceareusedtocalculatelocaldivergencefactorsandtodeterminethephaseshiftdueto

8、thefocallines.VCRMhaspotentialforlightscatteringbyparticlesofirregul