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球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究 被引量:8
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作者 赵继芝 江月松 +1 位作者 欧军 叶继海 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期210-216,共7页
研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性.根据广义Mie理论,推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式.针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真,讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的... 研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性.根据广义Mie理论,推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式.针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真,讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的变化特性,并通过散射系数解释了散射强度分布的振荡现象.结果表明,在聚焦拉盖尔-高斯光束照射下,球形粒子的后向散射强度随着粒子半径的增大而逐渐增大;后向散射强度开始增大时对应的粒子半径与拓扑荷有关.通过与高斯光束的对比,可以看出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射特性的差异,使其在粒径测量、光通信和大气后向散射探测等方面具有潜在应用价值. 展开更多
关键词 聚焦拉盖尔-高斯光束 广义mie理论 球形粒子 拓扑荷
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多波长消光法粒径测量中颗粒形状的影响 被引量:6
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作者 李潭 苏明旭 +1 位作者 陈军 蔡小舒 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2016年第9期263-270,共8页
对多波长消光法颗粒测量方法中非球形颗粒形状的影响进行研究。采用广义米散射理论数值模拟计算了不同长短轴椭球颗粒在不同入射角度下的消光截面和消光系数,并与等效球形颗粒的消光特性进行比较,结合Lambert-Beer定律计算消光谱,采用... 对多波长消光法颗粒测量方法中非球形颗粒形状的影响进行研究。采用广义米散射理论数值模拟计算了不同长短轴椭球颗粒在不同入射角度下的消光截面和消光系数,并与等效球形颗粒的消光特性进行比较,结合Lambert-Beer定律计算消光谱,采用正则化算法反演椭球颗粒粒径,进而分析椭球颗粒形状对粒径测量结果的影响。结果表明,与球形假设相比,椭球颗粒的形状改变使得粒径反演结果产生较大偏差。本算例中,对于亚微米颗粒,当形状参数a/b=5时,其相对偏差可能超过90%。 展开更多
关键词 散射 消光法 非球形颗粒 广义米氏理论 消光谱 反演
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水下悬浮球形藻类粒子群对拉盖尔-高斯涡旋光束的散射 被引量:5
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作者 王明军 张佳琳 +1 位作者 王主玉 张华永 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第18期191-198,共8页
水下信道中存在大量的悬浮藻类粒子,对激光信号传输特性有显著的影响。基于广义Mie理论,建立了水下悬浮球形藻类粒子对拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束的散射模型。首先,数值仿真了单个悬浮球形藻类粒子对LG涡旋光束散射特性的影响,并计算了粒... 水下信道中存在大量的悬浮藻类粒子,对激光信号传输特性有显著的影响。基于广义Mie理论,建立了水下悬浮球形藻类粒子对拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束的散射模型。首先,数值仿真了单个悬浮球形藻类粒子对LG涡旋光束散射特性的影响,并计算了粒子半径、束腰半径、涡旋光阶数和拓扑荷数对其微分散射截面的影响。然后,进一步讨论了水下悬浮球形藻类粒子群对LG涡旋光束微分散射截面的影响。结果表明:对于水下单个悬浮球形藻类粒子,微分散射截面随粒子半径、涡旋光阶数和束腰半径的增大而增大,随涡旋光拓扑荷数的增大而减小;对于水下悬浮球形藻类粒子群,微分散射截面随涡旋光阶数和束腰半径的增大而增大,随涡旋光拓扑荷数的增大而减小。 展开更多
关键词 散射 广义mie理论 拉盖尔-高斯涡旋光束 微分散射截面 藻类粒子群
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广义米理论及其在粒度分析中的应用
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作者 任宽芳 王一平 《电波科学学报》 EI CSCD 1994年第2期7-12,共6页
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。
关键词 广义米理论 散射 粒度分析
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拉盖尔高斯光束矢量远场单球粒子的散射特性 被引量:4
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作者 徐强 李金刚 +2 位作者 王旭 韩一平 吴振森 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期134-140,共7页
运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义Mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积... 运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义Mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积增大,位于光轴上的微分散射截面减小;随着粒子尺度参数的增大,消光效率因子、散射效率因子和吸收效率因子出现峰值,并且峰值随着拓扑荷数的增大向着粒子尺度增大的方向移动。 展开更多
关键词 物理光学 散射 拉盖尔高斯光束 矢量光场 均匀球形粒子 广义mie理论
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多层球对高斯波束的散射 被引量:7
6
作者 吴振森 傅新琦 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第9期32-36,共5页
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。
关键词 高斯波束 广义米氏理论 电磁散射
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激光对含偏心核球形粒子的辐射俘获力 被引量:11
7
作者 韩国霞 韩一平 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期6167-6173,共7页
利用偏心球形粒子对任意角度入射有形波束散射的理论,从广义米理论出发,根据电磁场的动量守恒及麦克斯韦张量,推导了任意入射波束对偏心球形粒子辐射俘获力的级数表达式,并以高斯波束为例,就离轴入射有吸收偏心球形粒子时的辐射俘获力... 利用偏心球形粒子对任意角度入射有形波束散射的理论,从广义米理论出发,根据电磁场的动量守恒及麦克斯韦张量,推导了任意入射波束对偏心球形粒子辐射俘获力的级数表达式,并以高斯波束为例,就离轴入射有吸收偏心球形粒子时的辐射俘获力进行了数值模拟,讨论了束腰半径、吸收系数、内核的相对大小及位置对俘获情况的影响. 展开更多
关键词 广义米理论 偏心球 辐射俘获力 光镊
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大粒子对高斯波束散射的数值模拟 被引量:11
8
作者 吴鹏 韩一平 刘德芳 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期2676-2679,共4页
基于广义米氏理论,精确的求解了球形粒子对高斯波束和平面波的散射,采用Matlab编程,改进了计算方法,所能够计算的粒子的尺寸参数已突破80000.给出了平面波与高斯波入射时,均匀粒子以及镀层粒子的散射分布,比较了吸收粒子和非吸收粒子散... 基于广义米氏理论,精确的求解了球形粒子对高斯波束和平面波的散射,采用Matlab编程,改进了计算方法,所能够计算的粒子的尺寸参数已突破80000.给出了平面波与高斯波入射时,均匀粒子以及镀层粒子的散射分布,比较了吸收粒子和非吸收粒子散射分布. 展开更多
关键词 广义米氏理论 高斯波束 光散射 波束因子 计算方法
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高斯波束入射下串粒子的散射问题 被引量:9
9
作者 白璐 吴振森 +1 位作者 陈辉 郭立新 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期2025-2029,共5页
根据广义米理论 ,将入射高斯波束利用矢量球谐函数展开 ,研究了串粒子在轴条件下波束入射的电磁 (光 )散射 .讨论了波束宽度等因素对其散射特性的影响并与平面波入射的结果进行了比较 .
关键词 高斯波束 广义米 电磁散射 矢量球谐函数 粒子物理学
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二维高斯波束对多层球粒子电磁散射的解析解 被引量:7
10
作者 李海英 吴振森 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期833-838,共6页
基于矢量波函数在球和柱坐标系中表达式之间的转换关系,提出了一种求解球坐标系中二维高斯波束波形因子的方法,得到了二维高斯波束波形因子在球坐标系中的解析公式.结合广义米理论推导了在轴二维高斯波束入射多层球粒子的电磁散射的解析... 基于矢量波函数在球和柱坐标系中表达式之间的转换关系,提出了一种求解球坐标系中二维高斯波束波形因子的方法,得到了二维高斯波束波形因子在球坐标系中的解析公式.结合广义米理论推导了在轴二维高斯波束入射多层球粒子的电磁散射的解析解,并对散射强度随散射角的分布进行了数值模拟,结果与平面波入射情况进行了比较. 展开更多
关键词 矢量波函数 波形因子 电磁散射 广义米理论
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蒸发微粒气体对光的消光特性 被引量:3
11
作者 黄凯 王志亮 +2 位作者 周哲玮 张金松 张建华 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期598-605,共8页
在真空镀膜问题中,对蒸发出的有机分子颗粒作粗粒化处理,在假定其形貌为球体粒子条件下,针对由一定数量的、随机分布的蒸发微粒组成的多粒子体系,利用电磁学广义Lorenz-Mie理论研究了该多粒子体系对光的消光特性.计算结果表明,随着主粒... 在真空镀膜问题中,对蒸发出的有机分子颗粒作粗粒化处理,在假定其形貌为球体粒子条件下,针对由一定数量的、随机分布的蒸发微粒组成的多粒子体系,利用电磁学广义Lorenz-Mie理论研究了该多粒子体系对光的消光特性.计算结果表明,随着主粒子粒径的增大和数量的增加,消光系数呈现出先增大后减小的趋势,体系消光系数存在极大值;当平面波入射时,入射光能量相对高斯光束具有更大的损耗.另外,讨论了不同主粒子尺寸参数下电磁场幅值的分布特性. 展开更多
关键词 广义Lorenz—mie理论 消光特性 真空热蒸发 多粒子体系
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基片表面缺陷粒子在激光波束作用下的辐射力分析 被引量:3
12
作者 巩蕾 吴振森 +2 位作者 李正军 白璐 高明 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期122-127,共6页
针对基片无损检测工作中缺陷粒子的清除问题,基于广义米氏理论,结合球形缺陷粒子对激光波束的散射理论,研究了沿基片水平方向入射高斯波束对介质球缺陷粒子的辐射力。根据连带勒让德函数及三角函数的正交关系,给出作用在高斯波束中介质... 针对基片无损检测工作中缺陷粒子的清除问题,基于广义米氏理论,结合球形缺陷粒子对激光波束的散射理论,研究了沿基片水平方向入射高斯波束对介质球缺陷粒子的辐射力。根据连带勒让德函数及三角函数的正交关系,给出作用在高斯波束中介质缺陷球体粒子上的横向以及轴向辐射力的解析表达式,并分析不同参数对辐射力的影响。结果表明,随激光束腰半径的减小,辐射力峰值变大;随束腰半径增大,光轴的能量降低,散射力减小;随粒子折射率减小,散射力逐渐减小。工程上可通过减小激光波束束腰半径加大激光能量,以便更有效地清除缺陷粒子;亦可通过对辐射力的定量分析实现缺陷材质的检测。 展开更多
关键词 散射 辐射力 广义米氏理论 基片 缺陷粒子
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基于一阶彩虹区域高斯光散射的液滴测量 被引量:3
13
作者 孙辉 于海涛 沈建琪 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期156-164,共9页
为实现雾化过程中局域内单液滴的测量,采用德拜级数展开研究了高斯光照射下球形液滴一阶彩虹区域的散射光强分布,以及高斯光束腰大小对光强分布峰值角度的影响.根据德拜级数展开计算的散射光强分布反演液滴的折射率和粒径,证明了根据高... 为实现雾化过程中局域内单液滴的测量,采用德拜级数展开研究了高斯光照射下球形液滴一阶彩虹区域的散射光强分布,以及高斯光束腰大小对光强分布峰值角度的影响.根据德拜级数展开计算的散射光强分布反演液滴的折射率和粒径,证明了根据高斯光的彩虹散射反演液滴信息的可行性.基于广义洛伦兹-米氏理论计算一阶彩虹区域的总光强分布,根据总光强分布反演液滴折射率和粒径,讨论了高斯光束位置对反演液滴信息的影响.对于半径在200~1 000μm区间的液滴,高斯光束位于中心入射时,反演折射率的误差小于2.38×10-4,粒径的相对误差在-3.31%~3.31%之间.与采用平行光彩虹技术相比,采用高斯光束为入射光可以得到较高的光能聚集区,较好地定义测量区大小,既可以有效避免多个液滴同时出现在测量区的情况、减小颗粒之间复散射的影响,又可以提高信号强度. 展开更多
关键词 散射 颗粒特性 广义洛伦兹-米氏理论 彩虹图样 德拜级数展开
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Accuracy of radar-based precipitation measurement: An analysis of the influence of multiple scattering and non-spherical particle shape 被引量:1
14
作者 Hao Chen JinHu Wang +1 位作者 Ming Wei HongBin Chen 《Earth and Planetary Physics》 2018年第1期40-51,共12页
Two assumptions are typically made when radar echo signals from precipitation are analyzed to determine the micro-physical parameters of raindrops:(1) the raindrops are assumed to be spherical;(2) multiple scattering ... Two assumptions are typically made when radar echo signals from precipitation are analyzed to determine the micro-physical parameters of raindrops:(1) the raindrops are assumed to be spherical;(2) multiple scattering effects are ignored. Radar cross sections(RCS) are usually calculated using Rayleigh's scattering equation with the simple addition method in the radar meteorological equation.We investigate the extent to which consideration of the effects of multiple scattering and of the non-spherical shapes within actual raindrop swarms would result in RCS values significantly different from those obtained by conventional analytical methods. First, we establish spherical and non-spherical raindrop models, with Gamma, JD, JT, and MP size distributions, respectively. We then use XFDTD software to calculate the radar cross sections of the above raindrop models at the S, C, X and Ku radar bands. Our XFDTD results are then compared to RCS values calculated by the Rayleigh approximation with simple addition methods. We find that:(1) RCS values calculated using multiple scattering XFDTD software differ significantly from those calculated by the simple addition method at the same band for the same model. In particular, for the spherical raindrop models, the relative differences in RCS values between the methods range from a maximum of 89.649% to a minimum of 43.701%; for the non-spherical raindrop models, the relative differences range from a maximum of 85.868% to a minimum of 11.875%.(2) Our multiple scattering XFDTD results, compared to those obtained from the Rayleigh formula,again differ at all four size distributions, by relative errors of 169.522%, 37.176%, 216.455%, and 63.428%, respectively. When nonspherical effects are considered, differences in RCS values between our XFDTD calculations and Rayleigh calculations are smaller; at the above four size distributions the relative errors are 0.213%, 0.171%, 7.683%, and 44.514%, respectively. RCS values computed by considering multiple scattering and non-spherical parti 展开更多
关键词 Finite difference time domain(FDTD) generalized LORENZ mie theory raindrops RCS multiple scattering oblate ELLIPSOID particle
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半导体材料微体缺陷激光扫描分析技术 被引量:1
15
作者 尤政 李颖鹏 +2 位作者 杨建中 陈非凡 于世洁 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第11期87-90,共4页
半导体材料内部的一致性是实现微器件功能的重要保证。为实现半导体材料微体缺陷的无损、高效、和准确检测 ,在研究广义 L orenz- Mie理论的基础上 ,通过将散射光分布分析引入到检测当中 ,提出了对近红外激光散射信号探测和缺陷大小特... 半导体材料内部的一致性是实现微器件功能的重要保证。为实现半导体材料微体缺陷的无损、高效、和准确检测 ,在研究广义 L orenz- Mie理论的基础上 ,通过将散射光分布分析引入到检测当中 ,提出了对近红外激光散射信号探测和缺陷大小特征的判据 ,来检测半导体材料缺陷的方法。介绍了检测的基本原理和理论模型 ,以及基于这一构想的全自动检测系统的实现方法 ,并提出了微缺陷检测的判据。对一组 Ga As样品进行了实验研究 。 展开更多
关键词 半导体材料 微体缺陷 广义Lorenz-mie理论 散射 光强分布 自动检测
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基于时域有限差分法的冰晶粒子群多次散射特性 被引量:1
16
作者 陈浩 王金虎 +3 位作者 魏鸣 董佳阳 刘宇琦 金子琪 《兰州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期175-183,共9页
为了精确地利用雷达回波信号反演降雪粒子的微观物理参数,建立满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型,利用XFDTD软件计算了这两类非球形冰晶粒子群模型在94 GHz频率下的雷达散射截面,分别为-37.690 0和-40.301 0dB·m^2,与简... 为了精确地利用雷达回波信号反演降雪粒子的微观物理参数,建立满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型,利用XFDTD软件计算了这两类非球形冰晶粒子群模型在94 GHz频率下的雷达散射截面,分别为-37.690 0和-40.301 0dB·m^2,与简单叠加计算的结果对比后发现绝对误差分别达到0.334 4和0.733 7 dB.在冰水含量一定时,满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型在分别考虑多次散射和单次散射下雷达反射率因子的绝对误差分别为0.334 6和0.733 7 dB,因此粒子群的多次散射效应在实际气象探测中必须加以考虑. 展开更多
关键词 时域有限差分法 广义洛伦兹mie理论 冰晶粒子 雷达散射截面 多次散射
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一种求解任意入射波束的波束因子的方法 被引量:1
17
作者 韩一平 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期5139-5143,共5页
提出了一种将任意入射波束因子用矢量波函数展开的方法,根据波束在球坐标系中的展开形式,以及球谐矢量函数与非球坐标系的波矢量函数之间的关系,推导出任意入射波束在相应坐标系中的波束因子的理论表述形式.以椭球坐标系为例,介绍了将... 提出了一种将任意入射波束因子用矢量波函数展开的方法,根据波束在球坐标系中的展开形式,以及球谐矢量函数与非球坐标系的波矢量函数之间的关系,推导出任意入射波束在相应坐标系中的波束因子的理论表述形式.以椭球坐标系为例,介绍了将离轴的入射波束,用椭球矢量波函数展开的波束因子求解方法,此方法还可应用于柱坐标、椭柱坐标系中波束因子的求解,为研究粒子对任意入射波束的散射打下了基础. 展开更多
关键词 波束因子 广义米理论 光散射 波束因子 求解方法 入射 椭球坐标系 波函数展开 矢量函数 柱坐标系 粒子
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高斯波束对离心球的辐射俘获力 被引量:2
18
作者 颜兵 韩香娥 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1691-1696,共6页
基于广义洛仑兹-米氏理论(GLMT),研究了高斯波束对离心球的纵向辐射俘获力。用积分区域近似法计算波束系数,散射场的展开系数由矢量球面波函数的加法定理并求解边界条件得到。给出了高斯波束对在轴离心球辐射俘获力的计算公式并进行了... 基于广义洛仑兹-米氏理论(GLMT),研究了高斯波束对离心球的纵向辐射俘获力。用积分区域近似法计算波束系数,散射场的展开系数由矢量球面波函数的加法定理并求解边界条件得到。给出了高斯波束对在轴离心球辐射俘获力的计算公式并进行了数值模拟。将离心球退化为同心双层球,对离心球辐射俘获力的公式进行了验证。讨论了离心距对纵向俘获力的影响,也讨论了束腰半径、介质折射率和波长对纵向辐射俘获力的影响。 展开更多
关键词 电磁散射 辐射俘获力 广义米理论 离心球
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高斯光束通过颗粒系统的衰减特征 被引量:1
19
作者 王涵 周哲玮 +2 位作者 张金松 张建华 王志亮 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期392-401,共10页
为提高有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)真空镀膜有机发光材料的沉积效率和利用率,研究了受光束约束的有机发光材料蒸汽和聚焦高斯光的相互作用.对有机发光材料做颗粒化处理,并将其形貌等效为球体,通过Lorenz-Mie理... 为提高有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)真空镀膜有机发光材料的沉积效率和利用率,研究了受光束约束的有机发光材料蒸汽和聚焦高斯光的相互作用.对有机发光材料做颗粒化处理,并将其形貌等效为球体,通过Lorenz-Mie理论得到经过多粒子体系后高斯光束能量的的衰减规律.结果表明,表征光束能量的坡印廷矢量在轴向呈指数衰减状态,其特性受到光学、颗粒及其共同作用特征的影响;进一步的分析给出了光能衰减规律的关系式,该关系式能够较好地反演计算数据,并和已有研究在物理上保持了较好的一致性. 展开更多
关键词 广义Lorenz-mie理论 消光特性 真空热蒸发 多粒子体系 颗粒气体
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Droplet Characterization Based on the Simulated Secondary Rainbows
20
作者 Wenting Wang Jiayi Wang Yide Zhang 《Optics and Photonics Journal》 2021年第6期133-139,共7页
The droplet size, size distribution, refractive index, and temperature can be measured simultaneously by the rainbow technique. In the present work, the rainbow scattering diagram for a spherical droplet in the second... The droplet size, size distribution, refractive index, and temperature can be measured simultaneously by the rainbow technique. In the present work, the rainbow scattering diagram for a spherical droplet in the secondary rainbow region is simulated by the use of the generalized Lorenz-Mie theory. For achieving high spatial resolution in denser droplet sprays, a focused Gaussian beam is used. For droplet characterization, different inversion algorithms are investigated, which includes trough-trough (<em>θ</em><sub>min1</sub> and <em>θ</em><sub>min2</sub>) method and inflection-inflection (<em>θ</em><sub>inf1</sub> and <em>θ</em><sub>inf2</sub>) method. For the trough-trough algorithm, the absolute error of the refractive index is between −6.4 × 10<sup>−4</sup> and 1.7 × 10<sup>−4</sup>, and the error of the droplet radius is only between −0.55% and 1.77%. For the inflection-inflection algorithm, the maximum absolute error of the inverted refractive index is less than −1.1 × 10<sup>−3</sup>. The error of the droplet radius is between −0.75% and 5.67%. 展开更多
关键词 Particles Characterization Rainbow Pattern generalized Lorenz-mie theory
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