Резонансное рассеяние электромагнитных волн сферическими частицами

• Автор: Журавлев, Антон Викторович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ СВОЙСТВ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ В ЗАДАЧАХ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1. Диэлектрические резонаторы микронных размеров в оптическом диапазоне
1.1.1. Сенсоры поверхностного слоя
1.1.2. Датчики смещений и ускорений
1.1.3. Резонаторно-улучшенная спектроскопия
1.1.4. Квантовая электродинамика резонатора
1.2. Оптически менее плотные частицы
1.3. Металлические наночастицы
1.3.1. Поверхностно-усиленная спектроскопия
1.3.2. Визуализация тканей и фототермическая терапия
1.3.3. Оптическая микроскопия ближнего поля
1.3.4. Биосенсоры на металлических наиочастицах
ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ В СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦАХ. ОСОБЕННОСТИ РЕЗОНАНСНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
2.1. Собственные колебательные моды в прозрачных частицах
2.2. Электромагнитные поля в оптически менее плотных частицах
2.3. Особенности рассеяния света металлическими наночастицами
2.3.1. Плазмонные резонансы
2.3.2. Модель Друде-Лоренца
2.3.3. Размерный эффект

2.4. Плазмонные резонансы в диэлектрических наночастицах, покрытых металлическим слоем
ГЛАВА 3. СТРУКТУРА СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ И РЕЗОНАНСНОЕ НАКОПЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ПРОЗРАЧНЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦАХ.
3.1. Энергия, накопленная внутри и снаружи резонатора
3.2. Алгоритм поиска резонансов на неравномерной сетке
3.3. Результаты расчетов спектра поглощения
3.4. Результаты расчетов накопленной электромагнитной энергии
3.5. Выводы к главе
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ТОНКОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ПАРАМЕТРЫ РЕЗОНАНСОВ И НА ХАРАКТЕРИСТИКИ РАССЕЯНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ.
4.1. Модифицированные граничные условия в сферической системе координат
4.2. Уравнения для парциальных амплитуд
4.3. Влияние анизотропного поверхностного слоя на резонансы кварцевых шариков: результаты расчетов
4.4. Выводы к главе
ГЛАВА 5. РАССЕЯНИЕ СВЕТА МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ И МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ
5.1. Рассеяние света металлическими наночастицами
5.2. Рассеяние света диэлектрическими наночастицами, покрытыми тонким металлическим слоем
5.3. Выводы к главе 5

ГЛАВА 6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЗОНАНСЫ ГАЗОВЫХ ПУ-

ЗЫРЬКОВ В ЖИДКОСТИ
6.1. Введение
6.2. Расчетные формулы
6.3. Результаты и обсуждение
6.4. Оптическое погружение: давление света на газовые пузырьки
6.5. Выводы к главе
ГЛАВА 7. ДИЦОЛЬНАЯ ПОЛЯРИЗУЕМОСТЬ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
7.1. Введение
7.2. Поляризуемость шара в теории Ми
7.3. Дисперсия дипольной поляризуемости. Результаты расчетов для СВЧ сегнетоэлектрических резонаторов
7.3.1. Поле излучения в дальней зоне
7.3.2. Применимость дипольного приближения в ближней зоне
7.4. Применимость дипольного приближения для описания рассеяния наночастицами в оптическом диапазоне
7.5. Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ГЛАВА
ОПТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ В СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦАХ.
ОСОБЕННОСТИ РЕЗОНАНСНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ.
Электромагнитные поля в сферических частицах изучены достаточно подробно в том смысле, что известны аналитические формулы, позволяющие найти результаты рассеяния при известных параметрах задачи. Однако адекватной формой представления результатов теории Ми являются не сами аналитические соотношения, а вычислительная программа, позволяющая получить в любом интересующем исследователя случае пространственное распределение возбужденных внутри частицы и рассеянных полей.
Для выполнения расчетов, необходимых для решения задач настоящей работы, был разработан программный пакет, в основу которого положены аналитические формулы задачи рассеяния на сферической частице со слоем и без него. Ниже в данной главе приведены основные соотношения, а также типичные примеры, призванные проиллюстрировать, с одной стороны, наиболее характерные особенности рассеяния света сферическими частицами, а с другой стороны, работоспособность используемого программного пакета. Кроме того, в главе обсуждаются вопросы корректного задания параметров вещества в случае проводящих (металлических) частиц.
Теоретическому исследованию оптических полей в прозрачных частицах посвящено большое количество научных статей и монографий [146-155]. Интерес к данному вопросу не случаен, поскольку задачи оптики аэрозолей, коллоидных сред, создания сенсоров на сферических микрорезонаторах, требуют для решения знания пространственной структуры оптических полей светорассеивающих частиц. Кроме того, аналитические соотношения для полей в дальней зоне являются исходными в выводе формул для интегральных характеристик рассеяния.