Резонансное рассеяние электромагнитных волн поглощающими сферическими и сфероидальными частицами в микроволновом и оптическом диапазонах

• Автор: Тихов, Владимир Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Дифракция электромагнитной волны сферическими и сфероидальными частицами в оптическом диапазоне
1.1 Теория электромагнитного рассеяния
1.1.1 Рассеяние сферическими частицами
1.1.2 Рассеяние сфероидальными частицами
1.2 Рэлеевское рассеяние
1.3 Оптических свойства сред вблизи резонанса
Глава 2 Моделирование магнитных свойств наноразмерных ферромагнетиков
2.1 Уравнение Ландау-Лифшица
2.2 Моделирование динамики намагниченности
2.3 Спектральный метод расчета магнитной восприимчивости
Глава 3 Дифракция электромагнитной волны наноразмерной ферромагнитной сферой. Расчет магнитных восприимчивостей сложных ферромагнитных структур
3.1 Дифракция наноразмерной ферромагнитной сферой
3.2 Магнитная восприимчивость массива наноразмерных полос
3.3 Магнитная восприимчивость массива наноразмерных точек
Заключение
Приложения
Публикации по теме диссертации
Список литературы
Введение
Актуальность работы
На сегодняшний день заметно расширилась область применения рассеяния электромагнитного излучения различными веществами. С ним сталкиваются специалисты таких разнообразных областей наук как радиофизика, астрофизика, биофизика, экология, оптика атмосферы, гидрооптика, оптика полимеров, медицина, коллоидная химия, физика конденсированного состояния. Их всех объединяют возникающие задачи по определению характеристик материальных сред, рассеивающих излучение и представляющих собой частицы конечных размеров различной формы. Причем в качестве упрощенной модели таких частиц чаще всего используют частицы сферической, сфероидальной и цилиндрической формы.
Все сильнее развивается направление оптических методов контроля и диагностики различных сред, которые зачастую оказываются единственно доступными и непревзойденными по оперативности и быстродействию. Так, например, с их помощью ведутся постоянные наблюдения за состоянием атмосферы, они также незаменимы для получения информации о быстро протекающих процессах подобных взрыву, когда нет возможности или времени для отбора проб на химический анализ среды и т.д. Хотя при подобных исследованиях применяется широкий спектр оптических явлений, но рассеяние света и прозрачность среды остаются важнейшими показателями ее состояния.
В настоящее время довольно актуальными являются исследования в области биофизики и медицины, посвященные рассеянию электромагнитного излучения особым видом органических объектов - биологическими объектами [15, 25, 39, 52]. В частности, большой интерес представляют перспективные исследования, связанные с выявлением как физических, так и химических свойств различных белков, в том числе гемоглобина и его соединений [12].

В экологии метод светорассеяния довольно широко используется для решения актуальной на сегодняшний день проблемы очистки природных и сточных вод [70,71]. Важной особенностью этих исследований является то, что часто в коллоидных растворах таких частиц (флокул) интенсивность их рассеяния не подчиняется приближению Рэлея ввиду выхода размера флокулы за пределы действия закона рэлеевского рассеяния, а также возможного появления у нее поглощающих свойств. При отклонении формы частиц от сферической, приближение рэлеевского рассеяния ограничено еще больше, причем возможно возникновение ряда новых эффектов, в первую очередь дихроизма.
Хотя задача рассеяния электромагнитного излучения сферическими частицами была строго решена Густавом А. Ми еще в 1906 году при исследовании им окраски коллоидных растворов золота [4], тем не менее, на наш взгляд недостаточно исследованы зависимости рассеяния поляризованного электромагнитного излучения поглощающими частицами вблизи резонансных частот среды, а также отсутствуют исследования, посвященные области применимости приближения теории Ми — рэлеевскому рассеянию. Широкое и зачастую некорректное использование рэлеевского приближения вне области его применимости [57, 58] приводит к
существенным ошибкам в задачах о рассеянии электромагнитного излучения веществом. Авторы пренебрегают затуханием среды, полагая, что ее оптические постоянные являются чисто действительными величинами. Справедливость этого приближения может быть взята под сомнение для некоторых типов веществ. Причем для описания «малости» рассеивающих частиц в литературе встречаются неоднозначные соотношения между длиной падающей волны и радиусом сферической частицы [4, 51, 52]. Поэтому вопрос о справедливости рэлеевского приближения является достаточно актуальным.
Гораздо сложнее обстоит дело с аналитическим решением задачи о дифракции электромагнитного излучения частицами сфероидальной формы.

Рисунок 1.3- Рассеяние шаром при х = 3.

Рисунок 1.4— Рассеяние шаром при х - 4.