小粒子光散射的矢量復(fù)射線法研究.pdf

1、自然界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(cè)量對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)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(cè)量的理論基礎(chǔ)，與具有解析解并可精確計(jì)算規(guī)則形狀粒子散射場(chǎng)的 Mie理論相比，幾何光學(xué)近似方法在大尺寸粒子散射計(jì)算中，具有運(yùn)算速度優(yōu)勢(shì)。而近年來提出并發(fā)展的矢量復(fù)射線法借助矢量運(yùn)算，同時(shí)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(jì)算光線每次經(jīng)過折光面的散度因子，并確定焦線

2、引起的相移。該方法對(duì)于大尺寸復(fù)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(fù)射線法研究了雙層球?qū)ζ矫娌ǖ纳⑸洳⒔Y(jié)合無坐標(biāo)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(fù)射線法運(yùn)用到雙層球粒子的散射計(jì)算中，提出一種運(yùn)用二進(jìn)制碼來標(biāo)記光線路徑的方法，不僅可以一一對(duì)應(yīng)光線物理過程，其數(shù)學(xué)形式便于編程計(jì)算。另外，推導(dǎo)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(diǎn)。基于上述公式的矢量復(fù)射線法，避免了傳統(tǒng)幾

3、何光學(xué)方法中對(duì)光線路徑和散度因子復(fù)雜的推導(dǎo)和角度運(yùn)算，方便考慮高階光線對(duì)散射場(chǎng)的貢獻(xiàn)。該矢量復(fù)射線法還可推廣到多層球粒子散射的計(jì)算中。雙層球粒子散射數(shù)值模擬結(jié)果與解析解進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果吻合較好。
　　基于解析法的各向異性粒子散射計(jì)算存在大尺寸參量有限的不足，本文運(yùn)用幾何光學(xué)研究了各向異性球粒子的散射，結(jié)合無坐標(biāo)方法，推導(dǎo)并數(shù)值計(jì)算了任意光軸取向下光線由電各向異性介質(zhì)入射到各向同性介質(zhì)時(shí)無坐標(biāo)形式的反射/折射系數(shù)，并退化到各向同