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《球形粒子mie散射特性分析_张伟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第36卷第6期光学技术Vol.36No.62010年11月OPTICALTECHNIQUENov.2010文章编号:1002-1582(2010)06-0936-04＊球形粒子Mie散射特性分析1112张伟,路远,杜石明,王宝荣(1.电子工程学院安徽省红外与低温等离子体重点实验室,安徽合肥230037)(2.中国人民解放军68215部队,青海民和800810)摘要:越来越多的与微粒相关的技术问题在许多领域出现,这些问题都与Mie散射理论有关。利用Matlab改进算法,对球形微粒子Mie散射特性做了较
2、为全面和深入的分析,有助于Mie散射理论的研究和应用。关键词:Mie散射;尺度参数;散射相位函数;强度函数中图分类号:O436文献标识码:AAnalysisofcharacteristicsofMiescattering1112ZHANGWei,LUYuan,DUShiming,WangBaorong(1.KeyLabofInfraredandLowTemperaturePlasmaofAnhuiProvince,ElectronicEngineeringInstitute,Hefei230037,
3、Anhui,China)(2.Unit68215ofPLA,Minhe800810,Qinghai,China)Abstract:MoreandmoretechnicalproblemsrelatedtoparticlesappearareallrelatedtoMiescatteringtheory.ThecharacteristicsofMiescatteringareanalysedusinganimprovedalgorithmbasedonMatlab.Itmakesforstudyand
4、appli-cationofMiescatteringtheory.Keywords:Miescattering;sizeparameter;scatteringphasefunction;intensityfunctions均匀散射球体如图1所示,照射光为线偏振平0引言面波,振幅为E,光强为I0,沿z轴传播,其电场矢量随着社会生产的发展,越来越多的与微粒相关沿x轴振动。散射体位于坐标原点O,P为观测点。的技术问题在工农业、医学、科研、军事等领域出现,散射光方向(OP方向)与照射光方向(z轴)所组成
5、如石化炼油企业的催化剂颗粒、火力发电企业的烟的平面称为散射面,照射光方向至散射光方向之间尘排放、化工和医学领域细胞及核生长、沙尘天气、的夹角θ称为散射角,x轴至OP在xy平面上投影线近来的气候变化等,均涉及到与微粒测量相关的课[6](OP′)之间的夹角称为极化角。观测点与散射[1—5]题。因此,对Mie散射理论进行研究和应用,对体相距r。社会发展、人民健康和改善人类居住环境等都具有根据经典的Mie散射理论,散射粒子的尺度参重要意义。本文从Matlab改进算法的角度对微粒数为α=2πa/λ,其中a为球
6、形粒子的半径,散射粒主要散射参量进行了分析,同时还分析了角散射截子相对周围介质的折射率m=m1+m2·i。则散射面的分布特性。光垂直于散射面和平行于散射面的两个分量的振幅1Mie散射理论基础函数为＊收稿日期:2010-04-12;收到修改稿日期:2010-07-05E-mail:zhangwei10011001@126.com作者简介:张伟(1984-),男,硕士研究生,主要从事光电对抗方面的研究。936第6期张伟,等:球形粒子Mie散射特性分析分利用Matlab内置命令集和函数集,收敛速度较快,递
7、推关系较少。本文采用该算法,利用Matlab工具编程,对球形粒子散射特性分布进行了分析。2.1散射系数和消光系数散射系数和消光系数计算公式分别为∞222Ksca=2∑(2n+1)(
8、an
9、+
10、bn
11、)(7)αn=1∞2Kext=2∑(2n+1)Re(an+bn)(8)αn=1图1球形粒子Mie散射图图2给出了球形粒子在尺度参数为0～40,粒∞2n+1子折射率为1.33,1.5和2.0时,散射系数与尺度参S1=∑(anπn+bnτn)(1)n=1n(n+1)数之间的关系曲线。从图中可知,对于一定的粒子
12、,∞2n+1折射率一定,随着尺度参数的增加,出现振荡现象,S2=∑(anτn+bnπn)(2)n=1n(n+1)振幅越来越小,振荡中心在Ksca=2.2附近。还可式中an和bn为Mie散射系数,其表达式为以看出,随着折射率的增加,曲线越来越紧凑,振荡′′aΧn(α)Χn(mα)-mΧn(α)Χn(mα)的极值向尺度参数减小的方向移动。n=′′ξn(α)Χn(mα)-mξn(α)Χn(mα)(3)折射率为实数时,表示没有吸收,则Kext=Ksca。′′mΧn(α)Χn(
