多薄膜层材料近旁轴激光波束散射及影响因素分析

研究了多种材料、涂层及多层介质薄膜近旁轴激光波束入射下的散射特征.数值计算不同材料,不同极化方式和入射角的激光波束单、双站散射系数.并分析不同材料物性参数、激光波束束腰半径和入射角对材料散射系数的影响.计算结果表明,金属较介质材料单、双站散射系数大,材料的介电常数、高度起伏和相关长度影响散射系数显著;对介质薄膜材料,多层介质薄膜较单层后向散射系数小9.21dh;改变入射角度时,离轴激光波束对介质单多层薄膜材料散射系数影响都较小;且波束束腰半径和入射波长相比拟时,激光波求散射较强,波束求腰半径远大于入射波长时,波束逐渐趋向于平面波.     

等离子体球对离轴高斯波束的电磁散射

基于高斯波束波形因子的局域近似解和电磁场的球矢量波函数展开方法,研究了离轴高斯波束入射均匀各向异性磁化等离子体球的电磁散射特性.数值计算了波束参数和粒子参数对雷达散射截面(RCS)随散射角分布的影响.分析了改变波束束腰半径和粒子偏离波束轴距离时,RCS的分布特点.结果表明:前向散射截面与束腰半径的变化成正比关系;束腰半径的变化对RCS随散射角分布有很大影响;球粒子偏离波束轴距离的大小影响RCS极值的位置和角分布特点.     

双球散射和均匀球对相干双波束的散射

利用米(Mie)理论,以及介质分界面处的边界条件和一些特殊函数的变换关系,求解了两个球形介质小粒子对于平面波的散射问题,和单个均匀介质小球对于波束中心通过球心的两相干高斯波束的散射问题.二者均得到了严格的解析解,并整理出易于编程计算的形式.对散射系数的求解,前者采用了待定系数法,后者采用了几何变换法,均降低了计算的复杂程度.     

带电粒子的Mie散射研究

利用电磁波散射理论研究了带电粒子的电磁波散射特性,给出了散射系数与电磁阻抗系数及表面电导率的关系,计算和对比了不同面电导率的粒子与中性粒子对电磁波散射系数和散射能量分布的差别.计算结果表明:面电荷使面电导率达到微西门子量级时,会有明显的影响随着面电导率的增加,散射系数发生较大变化,但当面电导率达到一定值时,散射系数趋于恒定;对尺度较大的粒子,带电后的散射系数减小,但沿不同方向的散射能量会重新分配,一些方向散射增强,另一些方向散射减小;尺度较小的粒子带电后,散射系数增大,但能量沿不同方向的重新分配不明显.     

高斯激光束TEM00模散射信号模拟与分析

在广义Mie散射理论的基础上，研究了离轴球型粒子对TEM00基模高斯激光束的散射特性，依据高斯波束在球坐标系的展开形式，对展开系数的有限级数解形式进行了编程计算；模拟了高斯光束在离轴球型粒子散射的情况下，散射光强与粒径参数、折射率、散射角和散射粒子相对位置的关系；对模拟结果进行了讨论，并与平面波的散射规律进行了对比分析。结果显示:高斯光束的散射光强分布呈现出了与平面波散射不同的规律，但在大束腰半径条件下，与平面波的散射规律有许多共同之处。     

椭圆高斯波束中小粒子的一阶散射特性

研究电磁波束的小粒子散射特性在环境监测等领域有着广泛的应用。将电磁波束做级数展开,给出了各项对应电磁波的物理意义及粒子内电场的解析式。以椭圆高斯波束为例,对粒子内电场以及后项与前项电磁波束中粒子内电场的大小的比值随照射距离、频率的变化做了仿真。研究了椭圆高斯波束中小粒子的散射特性,通过仿真分析了波束腰宽和频率对散射特性的影响,验证了算法的有效性。研究表明,波束腰宽可以改善粒子的识别性能,粒子对高阶项的散射场远小于对次阶项的散射场,瑞利粒子内场表达式中坐标的幂次与外场波束表达式中坐标的幂次相同。所提方法简单,为研究电磁波束的粒子散射特性探索了新的途径。     

多层球对高斯波束的散射

本文根据广义米氏理论，将入射高斯波束用矢量球谐函数展开，研究多层介质球的电磁（光）散射，提出波束因子ｇｎ的改进算法以及散射系数ａｎ和ｂｎ的迭代公式和算法，并进行了数值计算与讨论。     

广义米理论及其在粒度分析中的应用

有形波束的散射问题在粒度分析测量仪器的研究中有着特殊重要的意义，本文介绍了处理均匀球形粒子对有形波束散射的广义米理论，并应用该理论研究了双柱形激光波束粒子测量系统的散射问题，与未理论和几何光学相比，其结果与实验吻合很好。     

激光大气散射离轴探测分析

利用Mie散射理论,通过数值计算得到了1.06 μm激光在低空大气中传输时的散射特性;不同尺度参数的粒子的散射光强分布相差极大,随着尺度参数的增加,散射光强越来越集中于前向;复折射率的变化对散射光强影响不大.通过对大气散射的辐照度理论分析和数值计算,得到大气散射的辐照度随离轴距离的增大而近似按反比规律下降的特征;同时,对不同能见度下的散射辐照度进行了数值计算,能见度的不同只影响散射强度的大小,而不影响散射强度的分布.不同散射点的散射光到达探测器所需的时间不同,延迟时间与离轴垂直距离和探测角呈简单的线性关系,这些特征为激光散射离轴探测提供了理论依据和参考.     

一层随机分布的异向材料小椭球粒子的极化散射特征

该文推导了异向材料(Metamaterial)小椭球粒子的复散射振幅函数。构造了一层随机取向的异向材料小椭球粒子全极化散射的Mueller矩阵解。计算和比较了异向材料粒子和通常介质粒子的散射特性、同极化后向散射系数hh, vv, 以及hh－vv 随频率的变化。计算了任一椭圆极化入射下一层非均匀取向的随机分布异向材料粒子的同极化和交叉极化后向散射系数,以及随机粒子产生散射场去极化的极化度。解释了异向材料的媒质参数对粒子散射特性的影响和一层粒子的散射机理。结果表明:与通常介质粒子比较,异向材料粒子的散射产生了特征方向性的增强,全极化散射呈现非对称模式,并且由于异向材料的 和与频率的特殊关系,一层异向材料粒子的hh－vv 随频率有显著的复杂变化。     

手征涂覆球对高斯波束的散射

在广义米理论的基础上,通过把入射高斯波束、散射场和内部场用适当的球矢量波函数展开,给出了一种求解手征涂覆球对高斯波束散射的解析方法。待定的展开系数可由从边界条件得到的线性方程组求出。对于波束的区域近似模型,给出了微分散射截面的数值结果。结果表明：与介质涂覆的情况相比,手征涂覆对微分散射截面和散色场的极化特性都产生了较大的影响。     

Gaussian Beam Scattering by a Spheroidal Particle with an Embedded Conducting Sphere

A method is provided for calculating the scattering of Gaussian beam incident obliquely on a spheroidal particle with a conducting spherical inclusion within the framework of the generalized Lorenz-Mie theory (GLMT). By virtue of a transformation between the spheroidal and spherical vector wave functions, a theoretical procedure is developed to deal with the boundary conditions. Numerical results of the normalized differential scattering cross section are presented, and the scattering characteristics are discussed concisely.     

Scattering of an incident Gaussian beam by a perfectly conductingrough surface

The modifications of the regular full wave theory for rough surface scattering by an incident Gaussian beam instead of a plane wave are developed. The Gaussian beam is produced by a large circular aperture that has a Gaussian illumination. It is shown that provided the incident Gaussian beam has a plane phase front over the extent of the rough surface patch and the linear dimensions of the rough patch are large compared with the surface height correlation length, the normalized scattering cross-section is the same as for an incident plane wave     

Scattering of Cluster Spheres Located on Axis by a Gaussian Beam in Millimeter Waves

Multi-spheres scattering has been fully discussed, but almost all kinds of these researches are in plane wave. The special case of an incident shaped beam is introduced in this paper. While some numerical results for cluster spheres illuminated on the axis of a shaped beam in millimeter waves are presented. Finally, results of numerical computations illuminated by a shape beam in different beam waist radius are compared with those for a plane wave illumination.     

在轴零阶贝塞尔波束对手征介质球的散射特性分析

贝塞尔波束自产生以来,凭借其无衍射、自修复特性已经获得了越来越多学者的关注。基于广义洛伦兹米理论, 将在轴贝塞尔波束与手征介质球相互作用的入射场及散射场展开为球矢量波函数的表达式。结合球矢量波函数的正交完备性及电磁场的连续性边界条件,推导出了在轴零阶贝塞尔波束对手征介质球电磁散射的解析解。数值模拟了散射强度随散射角的分布,将在轴贝塞尔波束退化为平面波照射手征介质球的散射结果与文献比较,吻合得较好。分析了波束及介质球参数、介质球偏离波束中心位置对散射强度的影响。该理论为手征材料和手征涂覆目标在微波工程及目标隐身中的应用提供了很好的理论应用价值。     

Two-dimensional scattering of a Gaussian beam by a periodic array of circular cylinders

The two-dimensional scattering of a Gaussian beam by a periodic array of circular cylinders is studied. The incident Gaussian beam is expressed as a superposition of plane waves of different amplitudes and different incident angles, using the plane-wave spectrum technique based on Fourier optics. For each plane wave, the scattered field is calculated with the T-matrix of an isolated circular cylinder and its lattice sums characterizing a periodic arrangement of the circular cylinders. The circular cylinders may be perfect conductors, dielectric or gyrotropic cylinders, as long as their T-matrices are known.     

Three-dimensional Gaussian beam reflection from short-circuitedisotropic ferrite slab

The plane wave spectrum analysis is extended to the study of three-dimensional Gaussian beam propagation and scattering. The reflection of a three-dimensional circular Gaussian beam from a parallel-sided ferrite slab, backed by a ground plane, is then investigated. The beam field is represented by an angular continuous spectrum of plane waves. Using the Fresnel reflection coefficients of the short-circuited slab for both perpendicular and parallel polarizations, a paraxial approximation for the reflected beam field is derived. It is found that after reflection from the short-circuited slab, the circular Gaussian beam becomes, in general, an elliptical Gaussian beam, and the beam axis is displaced from the position predicted by ray optics. For the thin slab case, approximate formulas for the phase center difference and the lateral shift are determined. The relevance of these results to a new method of ferrite measurement is explained