多粒子對高斯波束的相干散射.pdf

1、本文重點研究了多粒子對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粒子的相干散射問題上。隨著激光技術(shù)、單分子探測技術(shù)及微米、納米量級粒子散射的發(fā)展，這些問題成為粒子散射領(lǐng)域的熱點之一。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、內(nèi)場的展開系數(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，使得能計算的粒子的尺寸范圍大為提高。 2.研究了不同時諧因子對應(yīng)的波束因子的計算方法，討論了其對稱性關(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，雙球粒子對在軸高斯波束的散射場展開系數(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)值計算并分析了多粒子對高斯波束的散射場特性。 3.基于擴

4、展邊界條件方法，提出了一種處理任意回旋對稱粒子表面的方法。以有限長圓柱為例，導(dǎo)出了其散射傳輸矩陣的計算公式，數(shù)值計算了具有任意回旋對稱特性的粒子的散射特性。采用完全獨立的FDTD 方法對計算結(jié)果進(jìn)行了驗證。 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，研究了多個具有任意回旋對稱特性的粒子的相干散射問題，數(shù)值計算了多個具有任意回旋對稱特性散射體的散射特性，并與文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。 5.研究了分形凝聚