水介质中碳粒子Mie散射特性的研究.pdfVIP

2008年 lO月 枣庄学院学报 Oct．2oo8 第25卷 第5期 JOURNALOFZAOZHUANGUNIVERS1TY V01．25NO．5 水介质中碳粒子 Mie散射特性的研究 张士英 (枣庄学院 物理与电子工程系，山东 枣庄 277160) [摘 要]基于Mie散射理论 ，对水介质中碳微球颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算，得到了散射强度与散 射角、散射强度与粒子半径以及光学截面与入射波长的关系．研究表明，粒子的前向散射占优势；在入射波长确定的情 况下，粒子的半径越大，前向散射强度越强． [关键词]Mie散射；散射强度；光学截面；碳粒子 [中图分类号]0469 [文献标识码】A [文章编号]1004—7077(2008)05-0036一o4 O 引言 微 粒 或 者粒 子 群 能 够 散 射 或 吸 收 入 射 的 电磁 波 ，是 由于 每 一 种 材 料 都 是 由质 子 ，中 子 和 电子 构成 的 ，其 中质 子 和 电子 代 表 离 散 的 电荷 ，因此 入 射 电磁 波 和 这 些 电荷 之 间 的 相 互 作 用 会 引起 电荷 的振 动 ．受 激 发 的 电荷 可 以 向所 有 7b-向重 新 辐 射 出 电磁 能 量 ，这 种 二次 辐 射 称 作散 射 ． 在 许 多应用 学科 中 ，如 大 气 光 学 、生 态 学 、天 文 学 等 领 域 ，都 需要 了解 微 粒 子 的光 学 特性 ，同时 ，对单 粒 子 及 复 合 粒 子 的深 入 研 究 也 促 进 了学 科 的发 展 ．在 应 用 技 术 中 ，微 粒 子对 光 的散 射 吸 收 ，是 电磁 波 与 微 粒 子相 互 作 用 的重 要 特 点 ，因此 ，近 年 来 对 微 粒 子 光 学 特性 的研 究 引起 了许 多学 者 的重 视 。并作 了大 量 的工 作 j． 我 们 利 用 Mie散 射 理 论 对碳 颗 粒 在 可 见 光 区和 红外 光 区进 行 广 泛 的研 究 ，希 望 对 水 中碳 颗 粒 的光 散射 特 性 有 一 定 地 了解 ，这 对 海 洋 中碳 颗 粒 的研 究 和 利 用 具 有 理 论 指 导 意 义 ． 1 理论基础 对 于 规 则 的球 形 散 射 体 ，在 人射 到散 射 体 上 的 电磁 场 的波 长 与散 射 体 的线 度 可 比拟 时 ，散 射 体 对 电磁场 的散 射 作 用 可 以精 确 地 用 Mie散 射 理 论 处 理 ]．如 图 1所 示 ，平 面 线 极 化 光 照射 在 球 形 粒 子上 ，光 将 被 粒 子所 散 射 、吸收 ，坐 标 原 点在 粒 子 的球 C-，其 中 r为 球 心 到场 点 JP距 离 ， 为 r与 X轴 夹 角 ，称 为散 射 角 ． Mie散 射 理论 已经 精 确 的给 出球 形 粒 子 的散 射 截 面 Q 、消 光 截 面 Q一 吸 收截 面 Q 并 由下式 表 示 ： Q一 2(2凡+ 1)(1Ⅱ I +I6：I) 1 ∞ 口 2(2 +1) ( ：+6：) (1) Q。 = Q 一Q [收稿 日期]2008—07—20 [基金项 目]山东省科技发展计划项 目(2007G；2008年枣庄学院科技攻关项 目 [作者简介]张士英 (1978一)，女，山东省枣庄人，助教，硕士，主要研究方向：光散射理论与实验的研究 · 36 · 张士英 水介质 中碳粒子 Mie散射特性的研究 y 图1 球形粒子的Mie散射 图 Fig．1 Miescatteringfi