典型含核粒子对贝塞尔波束的散射特性研究

摘要

各种粒子对光波的散射特性研究一直是一个重要的研究课题，在诸多领域有着广泛的应用，比如粒度分析、环境监测、燃烧技术、粒子捕获等等。在过去的几十年里，粒子对平面波、高斯波束的散射特性研究已有大量报道。作为一种典型的无衍射波束，粒子对贝塞尔波束的散射特性值得我们进行广泛的研究。在最近的几年里，粒子对贝塞尔波束的散射特性研究已有一些报道，但是所研究的粒子基本局限于均匀单球，对其他结构粒子的研究尚未见报道。
　　本文基于广义Lorenz-Mie理论，采用球矢量波函数、椭球矢量波函数展开法从理论上研究了典型含核粒子对贝塞尔波束的散射特性，本文研究的典型含核粒子包括同心双层球、同心多层球、偏心球、介质涂层导体椭球。主要工作成果：
　　1．波束因子的计算是粒子对有形波束散射特性研究中的一个关键点。本文采用广义洛伦兹理论(GLMT)框架中的积分区域近似法(ILA)推导出了在轴入射零阶贝塞尔波束的波束因子在球坐标系下的解析表达式。通过三种方法对波束因子的正确性进行了验证，即收敛性分析、退化贝塞尔波束散射结果与平面波散射结果的比较以及理论计算结果与数值方法计算结果的比较。
　　2．采用推导出的波束因子，研究了均匀球对在轴入射贝塞尔波束的散射特性。比较了均匀球对平面波、高斯波束、贝塞尔波束散射的异同点。数值分析了波束参数锥型角、球半径、介质折射系数对散射特性的影响。
　　3．首次研究了双层同心球、多层同心球对在轴入射贝塞尔波束的散射特性。给出了求解双层同心球、多层同心球对贝塞尔波束散射问题的详细过程。通过理论结果与数值结果的比较验证了程序的正确性。数值分析了波束参数、散射体自身几何参数以及介质参数对散射特性的影响。
　　4．首次研究了偏心球对在轴入射贝塞尔波束的散射特性。给出了求解偏心球对贝塞尔波束散射问题的详细过程。通过理论结果与数值结果的比较验证了散射计算程序的正确性。分析讨论了相关参数对贝塞尔波束散射特性的影响。
　　5.应用球坐标系下的在轴入射贝塞尔波束的波束因子表达式，结合球矢量波函数与椭球矢量波函数，给出了椭球坐标系下在轴入射贝塞尔波束的波束因子表达式。首次研究了介质涂层导体椭球对在轴入射贝塞尔波束的散射特性。通过涂层导体椭球散射计算程序计算了涂层导体球的结果，并与文献结果进行对比，从而验证了程序的正确性。数值分析了波束参数、涂层相关参数对散射特性的影响。

目录

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符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的主要内容及框架

1.4 论文的创新点

第二章 基本理论

2.1引言

2.2电磁场基本理论

2.3贝塞尔波束的描述

2.4球矢量波函数

2.5均匀球对平面波及有形波束的散射解

2.6本章小结

第三章 单球对贝塞尔波束的散射特性及波束因子的研究

3.1引言

3.2 贝塞尔波束的波束系数

3.3数值结果及分析

3.4 本章小结

第四章 同心球对贝塞尔波束的散射特性研究

4.1 引言

4.2 双层同心球对贝塞尔波束的散射

4.3多层同心球对贝塞尔波束的散射

4.4 数值结果与分析

4.5本章小结

第五章 偏心球对贝塞尔波束的散射特性研究

5.1 引言

5.2 球矢量波函数的平移加法定理

5.3偏心球对贝塞尔波束的散射几何模型

5.4 场量的球矢量波函数展开及散射系数的求解

5.5 数值结果与分析

5.6 本章小结

第六章 介质涂层导体椭球对贝塞尔波束的散射特性研究

6.1 引言

6.2长椭球坐标系及长椭球矢量波函数

6.3理论分析

6.4数值结果及分析

6.5本章小结

第七章 结论与展望

致谢

参考文献

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