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粒子尺度(半徑)比入射光波長(zhǎng)較大時(shí),光和粒子的相互作用問(wèn)題用什么理論來(lái)討論
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粒子較大時(shí)光和粒子相互作用是分兩種情況嗎?一種是用Mie理論來(lái)討論的,這是和粒子內(nèi)的介質(zhì)有關(guān)(比如折射率等),相互作用包括散射和吸收, 另一種是用衍射理論來(lái)討論,主要用惠更斯原理來(lái)解釋,這種衍射理論討論的是衍射,衍射的結(jié)果與粒子的大小以及形狀有關(guān)? 還是說(shuō)散射,吸收和衍射都是可以用Mie理論來(lái)解釋,也都可以用衍射理論來(lái)解釋? 謝謝。 |
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粒子一般指構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒,原子,分子等等。所以,你的意思應(yīng)該是顆粒吧?假設(shè)顆粒的尺度為a,則一般有如下幾種情況: (1)a>>光波長(zhǎng),這時(shí)光表現(xiàn)出明顯的光線特征,可以很好地使用幾何光學(xué)解決; (2)a>波長(zhǎng),且a~波長(zhǎng)(與波長(zhǎng)同量級(jí)可比擬),此時(shí)光表現(xiàn)出較為明顯的波動(dòng)性,習(xí)慣上使用波動(dòng)光學(xué)的衍射理論解決,但也可以使用散射理論,只是求解精度的問(wèn)題。 (3)a<波長(zhǎng),且a~波長(zhǎng)(與波長(zhǎng)同量級(jí)可比擬),此時(shí)光同樣表現(xiàn)出波顯著動(dòng)性,只是習(xí)慣是使用散射理論解決,但同樣可以用衍射理論,也是求解精度的問(wèn)題。 (4)a<<波長(zhǎng),這就是當(dāng)前非常熱門的亞波長(zhǎng)光學(xué),如果將顆粒排列成準(zhǔn)周期或周期的陣列或構(gòu)形,將出現(xiàn)與傳統(tǒng)理論區(qū)別較大的現(xiàn)象,比如反常吸收,反常反射等等,人們現(xiàn)在通常用等離激元光子學(xué)或者擴(kuò)展后的衍射理論進(jìn)行處理。 |
送紅花一朵 |
太謝謝了。 還有個(gè)不明白的地方。 有的書上給出結(jié)論:對(duì)于a>>波長(zhǎng)的情況,用Mie散射理論給出的結(jié)論和用夫瑯禾費(fèi)衍射理論得到的結(jié)論是一致的。 這時(shí)問(wèn)題來(lái)了,對(duì)于Mie散射理論,是和粒子折射率有關(guān),是光和粒子內(nèi)部介質(zhì)作用的結(jié)果,考慮的是散射和吸收;惠更斯-基爾霍夫衍射理論是和粒子大小,形狀有關(guān),不考慮粒子內(nèi)部的情況,討論的是衍射結(jié)果(就是光繞過(guò)顆粒繼續(xù)傳播,應(yīng)該可以這么理解),兩個(gè)理論是從不同的方面來(lái)討論光和顆粒相互作用,為什么得到的結(jié)果是一樣的? 衍射和散射、吸收應(yīng)該是三個(gè)獨(dú)立的概念吧,不互相包含。 |
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談?wù)勎覀(gè)人的理解:波動(dòng)光學(xué)其實(shí)適用范圍是很廣的,散射理論以及經(jīng)典衍射理論都能從中進(jìn)行推導(dǎo)。因此,雖然側(cè)重的尺度不一樣,但其實(shí)也沒(méi)有嚴(yán)格的界定,它們本質(zhì)上都來(lái)自麥克斯韋方程和邊界條件,只是在處理物體和近似上不同。所以,只要經(jīng)過(guò)合適的假定及擴(kuò)展,能得出同樣結(jié)論并不稀奇。 [ 發(fā)自手機(jī)版 http://www.gaoyang168.com/3g ] |
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