球形粒子对平面偏振光散射的数值计算与分析

论文在Mie理论基础上,给出了球形粒子对平面偏振光的散射强度和散射系数公式,利用连分式递推算法进行了编程计算,重点对1.06μm激光的模拟结果进行了分析.从得到的散射图像可以看出,散射强度角分布与散射粒子尺度有密切关系,随着粒子尺度的逐渐增大,散射光强主要集中到前、后向散射方向,集中的角度越来越窄,模拟结果明显出现了散射强度最弱的极值角,且该极值角随粒径的增大而增大,最后逼近90°方向.散射强度角分布与波长有关,当它们在同一数量级时达到最大值,与散射粒子折射率无关.该递推算法因为每一步计算都是独立的,与前后项的准确性没有关系,不存在不稳定、发散等情况,能够计算粒径参数范围从10-4开始,对上限不受任何限制.     

Mie理论在静态光散射粒度测量的应用下限研究

测量下限是光散射颗粒测试技术的关键问题。本文通过理论分析、比较归一化散射光强的分布图和构造方差函数F(d)对颗粒散射光的光强分布进行了定性和定量的讨论,对Mie散射向Rayleigh散射趋近的情况进行了分析,讨论了散射光光强大小的分布,分析了测量不同粒径的颗粒的可行性,最终得到在入射光源是波长为0.6328μm的He-Ne激光器的情况下,当粒径d取200nm以上时,不同粒径颗粒的M ie散射光强分布有较大差别,适合用静态光散射的方法来判断颗粒粒径。     

火灾烟雾颗粒的光学散射特性研究

从理论和实验两个方面研究了几种常见的燃烧烟雾在不同波长激光下的散射特性。从Mie散射理论出发，比较几种Mie散射算法的优缺点，采用一种改进的连分式算法对火灾烟雾颗粒的散射光强分布进行计算，得出不同粒径大小和波长下光强分布图。结合理论计算，设计一套实验装置，测量并计算在不同角度下3种烟雾颗粒和面粉气溶胶散射光的相对光强比，实验测量值与理论计算值吻合较好。研究结果表明不同种类烟雾散射光相对光强比互不相同，火灾烟雾与非烟雾气溶胶差距较大，从而表明散射光相对光强比是区分不同烟雾特定的物性参数，为火灾烟雾探测技术发     

经典Mie散射的数值计算方法改进

在光散射颗粒测量技术中,Mie散射理论的计算非常重要。本文介绍一种改进的Mie散射数值计算方法,通过对Mie散射系数进行重新构造,找到参量来控制Mie计算的收敛和计算精度。对各有关参量选用合适、稳定的递推关系进行计算。数值计算结果表明该方法具有快速、稳定的优点,可以在极大的颗粒粒径和折射率范围内得到合理结果。     

激光衍射法中光学模型对B4 C粉末粒度分布测量结果的影响

选了四种不同平均粒径的B4C粉末分别用激光衍射法仪中Fraunhofer（夫朗和费）衍射和Mie（米氏）散射光学模型测量其粒度分布和平均粒度，结果表明，对于粒径界于10－15μm之间的粉末，无需知道材料对光的折射率和吸收率，其应用Fraunhofer衍射理论测理的结果与应用Mie散射理论测得的结果近似，但分布线有一定的区别，对于＞15μm粉末，在两种模型下分布曲线与平均粒径皆接近；而对于＜10μm的粉末，必须采用Mie散射光学模型，并需预先知道材料的光学特性。     

纳米及微米磁性颗粒在长波长下的光散射特性分析

根据Mie散射理论,分析计算了纳米级、微米级磁性颗粒的光散射特性。针对目前在导航、遥控及雷达等行业广泛应用的纳米、微米磁性颗粒,在Mie散射系数中引入磁导率变量,对比分析了磁性与非磁性颗粒、吸收性与非吸收性颗粒的散射特性规律。数值计算结果表明,磁导率的变化对具有吸收性磁性颗粒的散射特性造成影响,随着磁导率的增大,颗粒的散射光强及吸收性能将逐渐增大,同时磁导率增大对颗粒散射特性的影响将会受到复折射率实部的制约。     

前向大角度法测量亚微米级颗粒

采用Mie散射理论,分析了亚微米级颗粒散射光角度分布特征,研究了粒径、折射率等参数对散射光分布特点的影响.研究发现,将散射光强度的角度分布进行归一化后,前向30°部分范围内的分布特性近似为线性,且呈现斜率与颗粒粒径相关,而与折射率无关的特点.在此基础上,本文中提出一种新的测量方法--前向大角度法,即通过测量散射光在前向30°范围内的光强线性变化的斜率来直接得到亚微米级颗粒的平均粒径.文中讨论了该方法的适用范围、近似表达式、误差分析等.     

经典Mie散射的数值计算方法改进

介绍一种改进的Mie散射数值计算方法,对Mie散射系数中不同的参量选用合适的递推关系进行计算,数值计算结果表明该方法具有快速、稳定、不受颗粒粒径和折射率范围影响的优点.     

超细颗粒物近场散射光场分布特性研究

为研究超细颗粒物近场散射光强分布的特性,应用了时域有限差分方法系统对不同尺寸微小颗粒的近场散射光强进行分析。对于单颗粒的散射光场,颗粒越小,散射光主要表现为各向同性,随着颗粒增大,前向散射光将占主要部分,这与传统的Mie散射理论相一致。对于紧靠的两个颗粒,由于多重散射的作用,散射光场表现出更多的复杂性,两个颗粒的排列方式不同也会对结果有较大影响。这些结果为进一步分析复杂颗粒系统的光散射特性提供了基础。     

亚微米级扁椭球颗粒群的散射特性

采用T矩阵方法计算亚微米级扁椭球随机取向分布颗粒群的散射特性,研究消光截面、散射截面、吸光截面、单散射反照率、非对称因子以及散射矩阵元素与颗粒的大小、折射率、长短轴比之间的关系。结果表明,随颗粒粒径增大,消光截面、散射截面、吸光截面、非对称因子都单调增加,散射相函数F11的角分布曲线特征可以区分颗粒的大小;颗粒越偏离球形,颗粒对入射光的衰减效率越低,后向散射光强越强,在轴比不大时,前向50°内的F22/F11值可以区分颗粒的形状;折射率变化主要是对后向散射光的分布产生影响,实部、虚部的变化可分别通过F34/F11的角分布曲线、F12/F11的第一个峰值来体现。     

高浓度超细颗粒系后向散射研究

为了研究高浓度状态下颗粒系后向散射规律 ,基于Beer-Lambert定律、Mie散射理论及复散射的相关理论建立了消光 -散射衰减模型 ,并针对具体算例进行了数值计算 ,给出计算结果。     

颗粒层状结构对散射特性及激光粒度测量的影响

根据Aden-Kerker理论,对双层颗粒前向散射特性进行了研究。在此基础上,分别用衍射理论、Mie理论和Aden-Kerker理论计算了散射系数矩阵并采用非独立模式算法进行反演。数值计算结果表明,双层颗粒的散射光强由颗粒折射率和内外径决定,在实际的激光前向散射粒度测量中,如果沿用Fraunhofer衍射理论或Mie理论计算系数矩阵,在测量双层颗粒时,反演结果会有一定的误差。相比于Mie理论,衍射理论的反演误差更大。     

Accuracy estimation of multiangle light scattering detectors utilized for polydisperse particle characterization with field-flow fractionation techniques: a simulation study

The coupling of field-flow fractionation (FFF) and multiangle light scattering (MAIS) detectors is complementary in that the MALS system allows particle characterization when a narrow dispersity particle population is present in the detector. The fractionation process provides this narrow dispersity. Utilizing discrete particle simulations of FFF and optical calculations based on both the Mie theory of particle scattering and Rayleigh-Gans-Debye (RGD) scattering theory, the extent of polydispersity that can be tolerated for accurate particle quantitation is explored. It is found that flow, electrical, and sedimentation FFF provide adequate separation for accurate particle quantitation by MALS. The Mie theory is more accurate than the RGD theory, which is known to deviate at higher particle size. Low error in the measurement of mean diameters is found when only the particle diameter is of interest. It is shown that the reconstruction of the particle size distribution from time slice data is distorted due to errors in concentration, which result from finite polydispersity and other effects. A number of procedures are evaluated in restoring the size distribution to higher accuracy. None of these procedures is deemed of general purpose and none of these is reliable. The best results are obtained when fractionation is conducted under the minimal possible outlet polydispersity and when steric effects are minimized. In addition, best results are had for inherently narrow dispersity colloidal materials.     

基于米氏散射及夫朗和费衍射的FAM激光测粒仪

提出了综合运用夫朗和费衍射和米氏散射，即在大粒径范围内采用夫朗和费衍射理论，而在小粒径范围内采用米氏散射理论，来改善小粒径范围内的测量精度，保证激光测粒仪在整个粒径范围内的测量精度。     

基于米氏散射的钧瓷乳光模拟计算

分别用米氏散射和瑞利散射对钧瓷内小气泡和分相液滴的散射进行模拟计算,以对比两种计算方法的差异.通过对比计算,解析了钧瓷乳光产生的机理.计算结果表明,对于单个颗粒的散射,气泡的散射远远大于分相.气泡和分相的散射都是各向异性,并且波长越短,散射越强.但它们对短波选择的程度随粒子半径变化是不同的,小气泡是单调的,而分相液滴会有极值出现.