Развитие методов интегральной и "пролетной" индикатрис светорассеяния для оптически мягких частиц различной формы и структуры

• Автор: Простакова, Инна Витальевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 193 с. : ил

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ СВЕТОРАССЕЯНИЯ
1.1. Строгие методы решения прямой и обратной оптической задачи
1.2. Приближенные методы решения прямой и обратной оптической задачи
1.3. Оптические модели биологических частиц
1.4. Обзор современных экспериментальных методов исследования дисперсной среды
1.5. Методика расчетов оптических характеристик исследуемых частиц
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОРАССЕЯНИЯ ОПТИЧЕСКИ МЯГКИХ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ И ИХ СВЯЗЬ С ОСНОВНЫМИ ФОРМИРУЮЩИМИ ФАКТОРАМИ
2.1. Анализ интегральных характеристик светорассеяния больших оптически мягких сферических частиц
2.1.1. Приближение РГД
2.1.2. Геометрооптическое приближение
2.2. Исследование возможностей использования параметров дифференциальной индикатрисы светорассеяния для решения обратной оптической задачи
2.2.1. Общие выражения для анализа индикатрисы светорассеяния
2.2.2. Область малых фазовых сдвигов
2.2.3. Область больших фазовых сдвигов
2.3. Исследование возможностей использования параметров интегральной
индикатрисы светорассеяния для решения обратной оптической задачи
Результаты и выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОРАССЕЯНИЯ ОПТИЧЕСКИ МЯГКИХ НЕСФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ И ИХ СВЯЗЬ С ОСНОВНЫМИ ФОРМИРУЮЩИМИ ФАКТОРАМИ
3.1. Исследование характеристик светорассеяния оптически мягких хаотично ориентированных несферических частиц
3.1.1. Область РГД
3.1.2. Интегральные характеристики светорассеяния больших РГД-частиц
3.1.3. Область аномальной дифракции
Результаты и выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ИНТЕГРАЛЬНОЙ И “ПРОЛЕТНОЙ”
ИНДИКАТРИС СВЕТОРАССЕЯНИЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ МИКРОСТРУКТУРЫ ДИСПЕРСНЫХ СРЕД
4.1. Оборудование
4.2.Постановка эксперимента
4.3. Теоретическое исследование влияния структурной неоднородности частиц на точность метода интегральной индикатрисы по определению дисперсности
4.4. Анализ влияния адсорбированного вещества на характеристики светорассеяния различных частиц взвеси
4.4.1. Латексные частицы
4.4.2. Глина
Результаты и выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Одним из наиболее эффективных путей получения информации о различных дисперсных средах (океан, атмосфера, различные биологические среды) является исследование их оптических свойств в связи с формирующими их факторами. При этом использование методов светорассеяния, не искажая свойств среды и обеспечивая объективность получения данных об ансамбле исследуемых частиц взвеси, позволяет зафиксировать с высоким временным разрешением динамику изменения состояния вещества, особенно важную для различных физико-химических и биологических процессов. Базой подобных исследований являются методы математического моделирования, основанные на решении прямых и обратных задач светорассеяния. Результаты подобных задач, имеющих прикладной характер, особенно важны в области биофизики, экологии, биологии, биохимии, геофизики, гидрооптики, медицины; служат основой для разработки экспрессных оптических методов мониторинга природных экосистем и т.д.
Зачастую отличительной особенностью указанных сред является оптическая мягкость частиц (показатель преломления вещества частиц близок к показателю преломления окружающей их среды).
Несмотря на то, что точная количественная теория о поглощении и рассеянии света произвольными биологическими дисперсными средами отсутствует, важную информацию об их оптических свойствах можно получать на основе исследований взаимодействия излучения с модельными средами.
Общая постановка задачи рассеяния электромагнитного излучения произвольной частицей достаточно проста и существенно зависит только от геометрии рассеивателя, от свойств и структуры его вещества. Поэтому в зависимости от конкретных условий задачи применяются различные методы: как аналитические, так и численные.

// =(-)к+2к+1)И
для / нечетных, равных 2к + ;
для / четных,
(1.46)
2к к!
^'т 1(1 + ) — т(т + )
(т +1)(/ + 1)
к, /, т - целые числа.
Приведенные выше формулы (1.45)-(1.46) существенно упрощают расчеты, так как выражают коэффициент асимметрии рассеяния непосредственно через амплитуды парциальных волн щ и Ър минуя вычисление индикатрис рассеяния. Амплитуды светорассеяния вычислялись с помощью теории Ми по алгоритму, предложенному в [3], при этом число членов ряда, необходимое для их сходимости, выбиралось ближайшим к N=1.2/7 + 10. В ходе вычислений осуществлялся постояннй контроль точности с помощью метода, предложенного в [134]. Кроме того, при расчете г/ точность вычисления вспомогательных величин столбца // и матрицы х^т контролировалась с помощью семизначных таблиц этих величин до / = 100 [276], проводилось сравнение полученных результатов г] и ^(^о) с табулированными значениями [277]. Рассчитанные значения Р(я) контролировались путем сравнения с единицей; значения Кр сравнивались с К (фактор эффективности ослабления) при х - 0, где
X - показатель поглощения. Во всех случаях получено совпадение не менее четырех значащих цифр.
В качестве точного метода для расчета характеристик светорассеяния хаотично ориентированного эллипсоида вращения применялся метод Т-матриц по алгоритму, изложенному в [85, 122, 265] и доступному в настоящее время в Интернет:
При использовании алгоритма расчета оптических характеристик двухслойных частиц (где двухслойная частица характеризуется следующими безразмерными параметрами: р- дифракционный параметр двухслойной частицы,