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基于Mie理论手征介质球电磁散射及光力研究

基于Mie理论手征介质球电磁散射及光力研究

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作者：段正杰电子科技大学

学位级别：硕士

随着电磁波理论及其应用的不断发展,针对各类复杂目标的电磁散射、光力等也较之前有了更多的研究。在研究电磁散射、光力的电磁方法中,常用的有Lorenz-Mie散射法、传输矩阵(Transmission Matrix)法、时域有限差分(Finite-Difference Tim... 详细信息

随着电磁波理论及其应用的不断发展,针对各类复杂目标的电磁散射、光力等也较之前有了更多的研究。在研究电磁散射、光力的电磁方法中,常用的有Lorenz-Mie散射法、传输矩阵(Transmission Matrix)法、时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain)法、矩量法(Method of Moment)、有限元(Finite Element Method)法等,其中目标物体为球状时,Lorenz-Mie散射法是求解速度最快和最准确的一种。本文主要采用了Lorenz-Mie理论的方法来对手征介质球的电磁散射和光力问题进行相关研究。首先,通过对球矢量波函数的求解和近似可以求出单层手征介质球的散射系数公式,运用散射系数公式可以求出手征介质球的双站雷达散射截面(Bistatic Radar Cross Section)。在研究手征介质球的电磁特性过程中,我们发现入射波束不一样,对应的电磁特性也不一样,因此,本文对入射波束进行了分析和总结,给出了基本高斯波束、厄米高斯波束、拉盖尔高斯波束的电场分布图。然后,讨论了不同手征系数、介电系数、介质球半径的手征介质球的电磁散射特性,另外当手征介质球具有负折射率特性时,对应的电磁散射特性也不一样。单层球的电磁散射特性情况,相对来说是比较容易的突破口,通过单层到多层的递推关系,我们可以得到多层球的散射系数公式,进而研究多层手征介质球的电磁散射特性。最后,在得到单层、多层手征介质球的散射系数后,根据电磁场的动量守恒定律,可以计算得到手征介质球的辐射力表达式。通过介质球的辐射力表达式,我们从几个方面分析了手征介质球的电磁辐射力变化情况。在研究辐射力时,通过波束的电场表达式,求出光束的光束因子表达式,从而计算Davis高斯波束、在轴拉盖尔高斯波束的轴向辐射力情况。通过对手征介质球的电磁波散射、辐射受力情况进行分析研究,使得Mie理论在生物医学、化学冶金、大气环保、航天探索等方面有广泛应用。

关键词： Mie理论手征介质电磁散射光力高斯波束拉盖尔高斯波束

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