吸收性基体介质中颗粒的散射特性(2)

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3.1 Mie散射理论 18

3.2 Mie散射理论的计算 18

3.2.1 散射角函数、的计算 19

3.2.2 MIE系数、的计算 19

3.2.3 散射因子、吸收因子和消光因子的计算 20

3.2.3 MIE理论计算的各种算法 20

4 颗粒散射特性的程序化及结果分析 21

4.1 非吸收性基体介质中颗粒的散射特性 21

4.2 不同的吸收性基体介质对颗粒散射的影响 22

结论

致谢

参考文献

1 绪论

1.1 课题背景

在真空和均匀介质中光(电磁波)是按直线传播的，但在现实里理想的均匀介质

是不存在的，当光束通过不均匀介质时，会有一部分偏离原来的传播方向，而散射到所有的方向上，这就是光的散射。当光在传播的时候遇到了微小的颗粒，会发生颗粒的光散射现象，本文要研究的是球形的颗粒在吸收性介质中的散射。

颗粒是处于分割状态下的微小固体、液体或气体，也可以是具有生命力的微生物和细菌等。多数情况下，颗粒一词泛指固体颗粒。颗粒在光散射下会有相应的光散射参数，这些参数可以用来研究颗粒本身的一些性质，如尺寸、浓度等。颗粒光散射特性的研究，在工业生产中有着重要的作用。在现实生活里的生产工况、各种自然条件，很大部分的颗粒都是位于可吸收介质中。

随着社会生产的发展,越来越多的与微粒相关的技术问题在工农业、医学、科研、军事等领域出现。直径在亚微米到毫米范围的凝聚态微小颗粒物质在目常生活和工业生产中应用广泛，其尺寸的大小和分布情况直接关系到工业流程，产品质量以及能源消耗和生产过程的安全性等。据统计，在工业中有50%以上的产品和中间产品是颗粒形状。因此，粒子的吸收、发射及散射在许多工程及环境系统内扮演着重要的角色。例如：煤、炭黑、焦炭和飞灰等粒子显著增加火焰内的辐射换热；燃烧的金属或金属氧化物粒子成为影响固体燃料火箭发动机及尾喷焰内辐射传热行为的主要因素；云及大气中的气溶胶粒子对太阳辐射的散射在维持地球能量平衡方面起重要作用；其他如内燃机含燃料液滴的气体、催化反应器内反应物，红外隐身材料等。因此，颗粒散射的研究也越来越受到人们的关注。

对颗粒光散射特性的研究起步相对比较早，理论方法也很成熟。主要方法是，通过Mie散射理论对处于均匀介质中的各向同性的单个介质球在单色平行光照射下的麦克斯韦方程边界条件下的数学求解，适用于均匀媒质中任意直径和任意成分的均匀介质球。然而，颗粒的散射特性也与他的基体介质有关。可吸收性基体介质对颗粒的散射造成了很大影响。

1.2 课题研究意义

颗粒在光散射下会有相应的光散射参数，这些参数可以用来研究颗粒本身的一些性质，如尺寸、浓度等。颗粒光散射特性的研究，在工业生产中有着重要的作用。近年来，在大气监测、超净测量及各类工业粉尘、微细材料检测等应用科学领域都涉及到利用Mie 散射理论研究超细微颗粒的光学特性，颗粒散射研究的应用十分广泛，例如：大气污染与温室效应分析，由于大气中存在大量的各种材质的尘埃粒子，一部分粒子与大气中的水份结合形成复合微粒子，这些微粒子大小在几微米到几十微米，恰好跟电磁波的波长相近，因此对红外辐射影响很大；新型材料的开发，由于颗粒的优越的红外特性，人们可以将不同材质的颗粒掺杂于介质中，形成不同价值的新型材料[7]。