粒子光散射基础理论及其应用

目 录第1章 绪论 11.1 引言 11.2 粒子光散射研究的进展 31.2.1 粒子对平面波散射研究的进展 31.2.2 粒子对激光散射研究的进展 5第2章 规则形状粒子对平面波的散射 92.1 矢量波函数 92.1.1 矢量波动方程的基本解 92.1.2 球坐标系中的矢量波函数 122.1.3 圆柱坐标系中的矢量波函数 142.2 规则形状粒子的平面波散射理论 152.2.1 米氏散射理论 152.2.2 椭球形粒子对平面波的散射 22目 录 第1章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 粒子光散射研究的进展 3 1.2.1 粒子对平面波散射研究的进展 3 1.2.2 粒子对激光散射研究的进展 5 第2章 规则形状粒子对平面波的散射 9 2.1 矢量波函数 9 2.1.1 矢量波动方程的基本解 9 2.1.2 球坐标系中的矢量波函数 12 2.1.3 圆柱坐标系中的矢量波函数 14 2.2 规则形状粒子的平面波散射理论 15 2.2.1 米氏散射理论 15 2.2.2 椭球形粒子对平面波的散射 22 2.2.3 圆柱形粒子对平面波的散射 26 第3章 任意形状粒子对平面波的散射 31 3.1 近似理论 31 3.1.1 瑞利散射理论 31 3.1.2 玻恩近似 36 3.1.3 WKB近似 37 3.2 数值方法简介 39 3.2.1 T矩阵法 40 3.2.2 FDTD法 45 3.2.3 矩量法 46 第4章 粒子散射特性的DDA数值计算方法 49 4.1 DDA法 49 4.2 球形和椭球形粒子的散射特性DDA数值计算 54 4.2.1 中间混合层折射率 54 4.2.2 单个球形核壳结构冰晶粒子的散射特性 57 4.2.3 单个椭球形核壳结构冰晶粒子的散射特性 64 4.3 非球形粒子的散射特性DDA数值计算 80 4.3.1 有效尺寸对六角平板与六角棱柱冰晶粒子散射特性 的影响 80 4.3.2 有效尺寸对六角平板与六角棱柱冰晶粒子散射强度 的影响 81 4.3.3 非球形核壳结构冰晶粒子的散射特性 82 4.4 任意团聚形粒子的散射特性DDA数值计算 93 4.4.1 多球团聚形核壳结构冰晶粒子的散射特性 94 4.4.2 非球形团聚形核壳结构冰晶粒子的散射特性 99 4.4.3 多形团聚形核壳结构冰晶粒子的散射特性 106 第5章 激光在随机分布粒子中的传输与散射特性 110 5.1 激光的辐射传输方程及解法 110 5.1.1 辐射传输方程 110 5.1.2 辐射传输的近似处理 114 5.1.3 辐射传输方程的数值解法 115 5.1.4 基于逐次散射法的探测模型 117 5.2 均匀平面平行卷云的激光传输和散射特性 121 5.2.1 复杂大气背景的物理特性 121 5.2.2 基于逐次散射法的激光传输模型 123 5.2.3 激光高空与低空单程传输模型计算 126 5.2.4 卷云厚度对激光传输和散射的影响 129 5.3 均匀球形边界卷云的激光传输和散射特性 131 5.4 两种边界非均匀卷云的激光传输和散射特性 133 第6章 冰晶粒子云层的激光传输特性及应用 135 6.1 冰晶粒子、冰云及其散射特性 135 6.1.1 冰晶粒子光散射研究概述 136 6.1.2 冰晶粒子的散射特性 146 6.1.3 冰云的散射特性 162 6.2 多层云的激光传输与散射特性 164 6.2.1 大气中云层的垂直分布 164 6.2.2 双层云激光单程传输应用模型 166 6.2.3 三层云激光单程传输应用模型 168 6.3 冰云背景下的激光双程传输应用模型 171 附录A 米氏散射理论程序 178 附录B 椭球形粒子平面波散射运算程序 184 附录C 圆柱形粒子平面波散射运算程序 193 参考文献 195