吸收性基体介质中颗粒的散射特性(3)

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此外，颗粒光散射特性的研究还和我们的生活息息相关。例如：在火灾事故中往往伴随着大量的火灾烟雾颗粒，这是可燃物燃烧而产生的颗粒，是发生火灾的前兆。所谓“烟为火始”，烟雾作为火灾探测的基础参量，是火灾探测研究的基础内容。对火灾中产生的各种烟雾的物理特性的研究，尤其是对激光的散射特性进行深入研究是火灾烟雾探测研究的重要方向，可以为人们的生命财产安全保驾护航。

具有吸收性基体介质中的颗粒散射特性更是特别受到广泛关注。1972年Yamamot G 等对具有吸收性的大气溶胶粒子光学特性进行Mie 散射理论研究，1991 年Genack A Z等对微波波段内具有吸收性的金属材料颗粒物散射特性进行了详细的研究。例如：陶瓷热障涂层能够在防止高温金属部件不超温情况下,提高工质温度, 进而进一步提高循环热效率, 在航空航天、能源动力等工程领域中有重要应用；半导体纳米颗粒镶嵌薄膜材料呈现出与块体材料完全不同的光学性能, 如非线性光学效应、光致发光等[2][4][11]。因此，吸收性基体介质中的颗粒的散射特性的研究又有非常的必要。

1.3 研究内容和方法

本论文的主要工作内容是采用Mie散射理论，分析吸收性基体介质中的颗粒散射特性，并与非吸收性基体介质中的颗粒散射特性进行比较分析。然后，编制Mie散射特性计算的Fortran程序，计算分析吸收性基体介质中颗粒散射的特性，并对计算结果进行分析。

首先，查阅国内外有关吸收性介质中颗粒散射特性的资料，并进行总结概述。列举出目前比较流行的几种颗粒散射Mie理论的计算方法，进行比较，然后选择一种进行计算，在本文中选择的是递推法。编制其相应的Fortran程序，并找出相应的颗粒散射规律。为了便于求解和分析，许多研究者采用给定散射衰减系数、反照率和假设规则的散射相函数等简化方法来考虑粒子散射，这往往与实际情况相差较大,本文尝试直接由粒子复折射率和粒径等基本粒子参数，根据Mie理论来确定粒子的散射系数，以便比较真实地反映其吸收和散射情况。通过输入颗粒的尺度参数及复折射率，经程序计算之后，得到颗粒的散射因子等物理量，以此来研究颗粒的散射特性。并与已知的颗粒散射文献进行比较，以验证颗粒散射的规律。

2 颗粒的散射特性分析

颗粒的散射特性常用衰减截面、散射截面、吸收截面，以及衰减因子、吸收因子、散射因子来描述。颗粒散射特性的特殊性表现在对能量的散射，它不仅吸收辐射能量，同时还会还会改变辐射能量的传递方向。颗粒的散射特性与固液态的表面辐射不同，除了上面提到的散射作用外，颗粒的散射特性与其几何大小（粒径D）及投射辐射的波长有关，用尺度参数表示。同样材料，块状与粒子的固有物性不一样，因为粒子的单位体积拥有的表面积，要比块状的大的多。这样会引起界面结构的变化，所以粒子材料的辐射物性—表观光学常数并不是材料本身的物性参数，需要考虑多个因素的影响。

2.1 颗粒散射的分类

2.1.1 按颗粒的大小分类

并不是所有含颗粒的介质都产生相同的散射，当颗粒尺寸远小于波长，散射

效应很弱；若颗粒尺寸远大于波长，散射效应也不明显，因为几何光学的规律占

了支配地位。当颗粒尺寸小于光波长，但颗粒间距大于波长时，将发生所谓瑞利散射。当颗粒尺寸相对于波长而言不是特别大时，它的散射主要具有衍射效应的性质。一般颗粒尺寸比波长大几倍乃至几百倍时都可以这样处理。如果颗粒尺寸与波长可比拟或大于波长，此时散射光的光强与入射光频率的二次方成正比，颗粒的大小、形状、物性以及周围介质的性质均有关。乳状液、悬浮物、胶体溶液、喷雾粒子的散射一般都属于这一类型。以下就是颗粒散射的近似理论。