多粒子對(duì)高斯波束的相干散射.pdf

1、本文重點(diǎn)研究了多粒子對(duì)高斯波束的相干散射。由相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及存在問題可見，平面波入射條件下多粒子的相干散射研究比較清楚，高斯波束入射對(duì)單體粒子的散射問題也已有大量相關(guān)研究文獻(xiàn)的討論，而主要問題和困難都集中在高斯波束入射情況下多個(gè)粒子的相干散射問題上。隨著激光技術(shù)、單分子探測(cè)技術(shù)及微米、納米量級(jí)粒子散射的發(fā)展，這些問題成為粒子散射領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。本文圍繞著這一具有重要理論意義及應(yīng)用前景的課題主要開展了如下工作： 1.將入射波場(chǎng)分

2、量采用矢量球諧函數(shù)展開，結(jié)合矢量球諧函數(shù)的加法定理，解析地求解出了雙球粒子的散射場(chǎng)、內(nèi)場(chǎng)的展開系數(shù)。利用矢量球諧函數(shù)的正交關(guān)系及粒子表面的邊界條件，推導(dǎo)了平面波入射下多粒子相干散射相互耦合作用方程。獲得了多粒子散射系數(shù)的穩(wěn)定和收斂的計(jì)算公式，通過直接調(diào)用大宗量球貝賽爾、球漢克爾函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)，避免了傳統(tǒng)的矩陣直接求逆的方法，使得能計(jì)算的粒子的尺寸范圍大為提高。 2.研究了不同時(shí)諧因子對(duì)應(yīng)的波束因子的計(jì)算方法，討論了其對(duì)稱性關(guān)系。分

3、析并比較了矢量球諧函數(shù)加法定理系數(shù)的求解方法。導(dǎo)出了波束入射下雙粒子相干散射系數(shù)，提出了高斯波束入射下在軸串粒子相干散射相互作用方程的構(gòu)建方法，建立了高斯波束入射下多粒子相干散射相互作用方程。證明了當(dāng)入射波束的束腰半徑與粒子的線度和入射波波長相比較大時(shí)，雙球粒子對(duì)在軸高斯波束的散射場(chǎng)展開系數(shù)將退化到了平面波入射的情況。提出了波束入射下多粒子相干散射方程的傳輸矩陣表示方法，數(shù)值計(jì)算并分析了多粒子對(duì)高斯波束的散射場(chǎng)特性。 3.基于擴(kuò)

4、展邊界條件方法，提出了一種處理任意回旋對(duì)稱粒子表面的方法。以有限長圓柱為例，導(dǎo)出了其散射傳輸矩陣的計(jì)算公式，數(shù)值計(jì)算了具有任意回旋對(duì)稱特性的粒子的散射特性。采用完全獨(dú)立的FDTD 方法對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。 4.基于矢量球諧函數(shù)的加法定理，推廣了廣義遞推散射傳輸矩陣方法，研究了多個(gè)具有任意回旋對(duì)稱特性的粒子的相干散射問題，數(shù)值計(jì)算了多個(gè)具有任意回旋對(duì)稱特性散射體的散射特性，并與文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。 5.研究了分形凝聚