典型含核粒子对无衍射波束的散射特性研究

This project is supposed to investigate the scattering of non-diffracting Bessel beam by typical particles with shell. Specially, the scalar expressions of Bessel beam in combination with rotation defined by Euler angle is used to describe the arbitrary incident Bessel beam. Based on the Generalized Lorenz-Mie theory, the beam shape coefficients is deduced. The influence of the changes of some parameters, including the locations of the half-angle, the incident directions, the polarized directions, the particle’s sizes, the inner core’s relative sizes and positions is analyzed. The study provide key theoretical support and practical guidance for techniques of laser detection on particle, diagnosis, and manipulation.

本项目拟采用理论方法研究典型含核粒子对无衍射贝塞尔波束的散射特性。将通过贝塞尔波束的标量解的形式和坐标系旋转理论，推导出能够准确描述任意入射贝塞尔波束电磁场分量的数学表达式。基于广义洛伦兹米理论，推导出任意入射贝塞尔波束的波束因子。讨论贝塞尔波束锥型角、入射方向、极化方向、粒子大小、内核的相对大小及位置等参数对散射特性的影响。该研究能够为激光对微粒的探测、诊断以及操控技术提供关键的理论支持和实际指导。

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。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。本项目基于广义Lorenz-Mie理论，采用球矢量波函数展开法从理论上研究了典型含核粒子对离轴入射、任意入射贝塞尔波束的散射特性，项目研究的典型含核粒子包括同心双层球、同心多层球、偏心球。主要工作成果：把广义洛伦兹米理论推广到典型含核粒子对无衍射贝塞尔波束的散射问题中来。研究了双层同心球、多层同心球对离轴入射贝塞尔波束的散射特性。给出了粒子对贝塞尔波束散射问题的一般过程。编写了几种不同粒子对离轴入射贝塞尔波束散射计算程序。数值模拟了不同含核粒子的对无衍射贝塞尔波束的散射，分析了锥形角、内核位置、粒子位置、内外尺寸比例对散射强度的分布影响，揭示了含核粒子对贝塞尔波束的散射的部分规律。给出了任意入射贝塞尔波束的波束系数表达式，编写了偏心球对任意入射无衍射贝塞尔波束的散射计算程序，分析了偏心距对任意入射波束的散射分布影响，揭示了一定的规律。