密集球形粒子群对光的散射和吸收外文翻译资料

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密集球形粒子群对光的散射和吸收

关键词：粒子群、媒介散射、T矩阵法、散射和吸收截面、相位矩阵元素、交叉极化比、光束熵

摘要：使用数值光散射研究球团簇的光散射模拟。我们考虑密度为0.1-30％的簇，进行仿真用于折射率的各种实部（即，1.01,1.10,1.31,1.60和2.00）和两个群体中球体的折射率（0和0.01）的虚部的值。集群中的所有球体具有相同的大小（kr = 4，k =2pi;/lambda;,所有球体半径都是r，lambda;是入射光的波长）。

获得的结果包括横幅的功能差异（高达30％），对多媒体的影响进行调查横截面，以及强度相对强度（PME）的影响参数取自于交联极化比，线性度去极化，熵等。

此外，我们还研究了粒度对同一总量的影响横截面上的簇的体积。球的簇的外半径R.在所有计算中恒定等于40 / k。

一.简介

由小颗粒组成的介质对光的散射对于包括大气，海洋和地球上的光传播在内的许多应用是重要的。

在进行过的以前的实验研究中已经研究了由颗粒组成的介质的几种光散射性质（例如[1-6]）。也可以基于数值光散射模拟来研究光散射特性。

在侧面介质中随着颗粒数量的增加，相干后向散射的发生和演化是直接的在[7]中证明了使用数值光散射模拟方法。在[7]中，对于一组粒子，研究了散射角函数的12个光散射特性（即相位矩阵元素，PME和相关参数）（GRPs）由16个粒子组成（密度为16％），粒子折射率为1：32 0i。在[7]中，GRPs的尺寸参数和颗粒的尺寸参数分别设置为40和4。这表明在认为密集填充的颗粒组中确实发生了弱定位。

在[8]中，研究了对具有1：32 0i和1：50 0i的折射率的240个粒子的研究结果。GRPs和组合中的粒子[7]。在[8]中，2D图像的分散强度的分布。另外，光散射特性在后向散射角（即，150至180°度）与散射转移相关的物理理论连贯的散射。

在[9]中，除了研究[7,8]之外，还研究了折射率虚部的影响。实际折射折射率为1.32，实际值为0.01,0.03,0.1，和0.3。

尺寸参数与[7]中相同，六种光散射特性作为不同虚部的散射角的函数。折射率的一部分表现为最大强化极化效应，多种散射方式在不同的不同方式的影响下，相关反应的影响也有待进一步研究。

结果[7-9]被认为是[10]。 本文[10]还包含了几个相关的结果GRPs的散射特性（例如，影响软件的效果）。该主题的细节[10]及其内容。如上所述，可以基于大颗粒组成的簇的光散射特性进行研究数值光散射模拟。然而，数值光散射模拟的方法仍然在

进行同步化，同时应用软件和数量颗粒（见[11]的图1））。

在本文中，我们介绍三种新的结果：

（1）具有较大差异的结果（即高达30％）。

（2）各种折射指数的结果（即，1.01,1.10,1.31,1.60和2.00的实际部分，以及0和0.01的分析）。

（3）对于相同总体积的不同粒径的结果。

使用推荐方法改进的扩展扩展性（即，数量的粒子）、参数空间（粒子的数量和大小）无数散射模拟[11]。本文的内容如下。第二部分，方法与数值计算相关信息描述。第三部分显示了以下方面的光散射性能的几个示例：基于数值模拟的粒子。这种解释描述了吸收的整体高散射特性非吸收粒子。散射光散射特性对散射光束的功能非常重要，描述和影响聚集体的重要性。第四部分总结概括了我们的研究。

二.数值模拟

2.1 光散射模拟的数值化

对于球团簇的任何方法进行数值光散射研究[12-17]。我们使用球状团簇的T矩阵法（以下称为CTM）[12]是可以产生散射光和小颗粒的吸收特性准确的结果的严格方法之一。

使用CTM，我们计算球体平均多维数据集和聚类的光散射特性以以下公式作为平均随机取向

其中A表示给定的光散射性质。alpha;，beta;和y是用于确定a的取向的欧拉角GRP（见[18]的图2）。

CTM中有两种情况：用于固定方位和分析方向分析（AOA）[19]。 代替的转换方法，通过数值方法平均（NOA）进行全身定向扫描计算方法[11]。 组合在一起CMT和NOA的定向版本允许我们增加参数空间（大小和数字）的粒子（见图3 [11]）。 通过参数空间的扩展，我们可以扩展我们对团簇由大量的小颗粒组成的光散射特性的知识。在这项研究中，我们的方法使用颗粒数量的增加从而在获得几个新的结果方面起着重要的作用。

另一个优势在于组合和数字光散射对几个计算机进行模拟，与100％的平行效率平行。具有参数（例如，尺寸，折射指数，形状），分布式计算工作加载到几个计算机之间方位。 因为并行计算，所以可以利用计算机资源。

对于使用NOA的量测方法，使用a和b中的变量进行拟合，CTM的固定方向代码。平移两个方向的旋转。在CTM的固定方向转换中的三角形治疗的旋转。

在NOA中，选择的方法取决于结果。无效的方法，我们开发了基于蒙特卡罗（QMC）技术的方法[20]。 与QMC的数量

获得准确结果所需的取向与方向相比可以降低10-20倍，被视为类似的方向（参见图6和其他图[20]）。 我们使用QMC作为NOA

1000个取向。我们取平均值为181个散射平面。这个方向和散射面是多少被认为不仅在横截面上产生了准确的结果，而且在这个研究的模拟情况下也在PME中产生了准确的结果相比之下，我们确保了错误的结果（即可能的话），我们的计算下降1％。

2.2 集群参数

在本部分中，我们引用参数用于数字光散射模拟。 表1总结了输入使用数字光散射模拟的参数（即，媒介和条件的物理属性）。

我们在本文中研究了以下积分光散射特征：（1）消光交叉Cext，（2）散射交叉Csca，（3）吸收截面Cabs，其中Cext = Csca Cabs。

除了积分光散射特性外，还有角光散射特性，这是可以的不同的散射角Y。散射矩阵（以度为单位）的辐射。

以下等式描述了斯托克斯矢量frac12;I; Q; U之间的关系（即4→4相位矩阵） 独立的散射辐射[7]：

其中sca和inc分别表示散射和入射辐射的值。

通过改变方差分布的方法，粒子群体和粒子群落中的粒子群体的可用性[7]。P11被称为相位函数。当整合在一起时，它被标准化为4pi;。归一化条件，P11表示光散射方向的条件概率。我们定义PME与P11的比例：

各种PME的物理意义如下：F12表示线性极化强度的程度照明条件。 F34表示在方位角为theta;45°的线偏振光的照明的圆偏振度。 F33等于F44，用于球面散射角（这是球形球形）粒子）。 F44是圆形极化的偏心，偏振光。我们还引入了一个称为交叉极化比（CPR）的参数[21]。 CPR计算为：

交叉极化率由透过浊度定位的光强的比率给出跨越极化器之间插入平行极化器（例如，水平和垂直偏振器）。显然，球形球体将无法跨越交叉的系统因为P11 = P22。 这是一个非常特殊的球形颗粒计算出线性极化比例（即[8]的等式（9））

通过偏光分光光谱的线偏振分光光度法共极化组分。我们认为极化度q定义为[22]

和散光光束[23]

对于单分散球，q的值总是等于1.0（s = 0）。然而，它与球形多分散体和非球形颗粒的1.0（取决于角度）不同。非零值表示熵由于散射事件而产生。

2.3 粒子群

在本文中，我们研究了具有外半径R的簇，由具有半径r的N个球形颗粒组成（见表1）。 在本文中，我们将此集群称为GRP。

折射指数为1.0 0i（相同的真空）。复合折射指数。在内部（见表1）。

GRP产品简介：

（1）以不同方式确定的3个部分。

（2）粒子位置不存在存在的粒子，该粒子位于GRP上。

（3）程序1和2都将N粒子放在GRP中。

对于粒子位置的确定，协调的x，y和z的估计值系统。我们使用MersenneTwister作为随机数发生器[24]。GRP的密度可以计算为（见表1）

在这个研究中，我们认为kR为40，kr为4.因此，p（％）由N / 10得到。例如，在N = 160时，p为16（％），这个工作中考虑的粒子系统。

图1显示了180,240和300粒子的GRP组合的3D图像。粒子的数量（例如，Ngt;340），过程中无法重叠的位置最终决定了在更长的时间内计算时间为GRP的生成。对于大约300个连续时间（例如1分钟）的N，另一方面，对于N的360，代码在不同于24小时之后。

我们的方法数值光散射模拟（见第2.1节）可以证明N值为600对于kr = 4使用计算机资源（8GBRAM）。然而，当前的要素Ngt; 340是对于N大于340的一代，有一些优化的算法来确定颗粒上的GRP或方法分析比例相关（例如[25]）是必需的。

1. 结论

在这一方面，对于各种折射指数的GRP的光散射和吸收性能的结果（实部为1.01,1.10,1.31,1.60和2.00;虚部为0和0.01），密度为0.1-30％（即，N = 1-300）。对于折射指数来说，这是不可多得的

过去研究。虚部是任意选择的非吸收和弱化的比较吸收材料。

3.1 非吸收簇的全散射特性

图2示出了无吸收情况的积分光散射特性（即，Im（m）= 0）。图左边的图给出了通过N划分的横截面和单粒子的横截面（表示为K = Cext（N）/（N）/ Cext（1））。其他重要因素包括GRP（即多重）散射）与其他颗粒的存在相比较（即独立性分散）。显然，对于独立人士来说：K = 1定义。因此，K从某种意义上的影响散射。图2显示了较小密度的所有折射率的K值。确认了GRP作品的独立特征，GRP的浓度小。依赖散点和吸收率在所研究的和之间的1％以上的浓度特征是微软的重要性。但是，依赖的散射效应必须对行星古代起作用，其中颗粒被包覆。然后介质的局部光学特性不能被简单地取平均值单个颗粒（例如单体）的相应性质的值。

获得kr = 4的图2中的结果。随着kr增加的密度增加。 对于较大的kr，光散射的单颗粒将以最大的散射峰值，最大的散射倍数，相互作用的粒子减少。另一方面，对于更小的kr，散射由单颗粒散射分布导致辐射相互作用的其他颗粒。一些结果不同的kr。 在第3.4节中将介绍图中K值的变化。 图2增加p是不同的值。 Re（m）= 1.01的行为和1.10分别为1.31,1.60和2.00（参见图2，左图）。其中，Cext（N）/ N / Cext（1）的值Re（m）= 1:01和1.10大于1.0，并且随着r的增加而增加。 另一方面，Re（m）= 1:31,1.60，和2.00分别小于1.0，随着p增加而减少。

这与光学微粒（OSP）的情况相关（即（Re（m）-1）lt;lt; 1）。 对于OSP，与独立颗粒组的情况相比，消光效应增加。对于非OSP，光散射和消光都减少与独立散射体的情况相比，并且没有观察到灭绝的增加，这可以是解释如下。对于非OSP，集群内部的一些粒子被忽略并且不大与它们相互作用。自由主义，阴影与轻微的相互作用，粒子不平衡的情况下，当所有粒子都暴露于不同的方式时），虽然总数散射与OSP相比较（参见图2，右图）。

Re（m）= 2:00的结果在图2所示的区域中不分配。相反，位于Re（m）= 1:10和1.31之间。这种行为也可见于独立的单粒子散射案件; 对于kr = 4，Cext（1）（图中未示出）。在图2的左图中，K值sat Re（m）= 1:01和1.10正在增加，Re（m）= 1:31,1.60和2.00的值随着p而减小。 图3表示与图2相同，但是对于较小的Re（m）范围在1.10和1.31之间在Re（m）= 1:20,1.220和1.236处K接近1.0。Cext在图1的右面板中。 图3示出了在Re（m）= 1:20,1.220,1.236和...的密度约10-20％的最大值1.31。这些结果表明，相消并不增加单调增加。

3.2 吸收簇的积分散射特性

在这部分中，我们引入了具有吸收的颗粒的情况下的积分光散射特性。 图4显示消光，散射和吸收截面Im（m）= 0:01。 从左到右的上方是K =Cext（N）/ N / Cext（1）和散射和吸收截面的相似值。

图4中的行为对于K而言并不简单。通过吸收（Im（m）= 0：01），Cext（N）成为Csca（N）和Cabs（N）.K几乎不依赖于Re（m）= 1:01的密度（见图4，左上图）。然而，K是在Re（m）= 1.10的情况下，p增加。在研究的吸收水平下，密度对Re（m）= 1:01的K值无影响。然而，Re（m）= 1.01时Csca（N）/ N / Csca（1）的值增加（见图4，左中图）。Cabs（N）/ N /Cabs（1

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