УДК: 535.36

Рассеяние света малыми осесимметричными частицами с использованием обобщенного метода разделения переменных со сферическим базисом

Фарафонов В.Г., Ильин В.Б., Винокуров А.А., Барканов С.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Фарафонов В.Г., Ильин В.Б., Винокуров А.А., Барканов С.В. Рассеяние света малыми осесимметричными частицами с использованием обобщенного метода разделения переменных со сферическим базисом // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 8. С. 100–108.

Farafonov V.G., Iliin V.B., Vinokurov A.A., Barkanov S.V. Light scattering by small axisymmetric particles using a generalized method of separation of variables with a spherical basis [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2011. V. 78. № 8. P. 100–108.

Ссылка на англоязычную версию:

V. G. Farafonov, V. B. Il’in, A. A. Vinokurov, and S. V. Barkanov, "Light scattering by small axisymmetric particles using a generalized method of separation of variables with a spherical basis," Journal of Optical Technology. 78(8), 544-550 (2011). https://doi.org/10.1364/JOT.78.000544

Аннотация:

Рассмотрена задача рассеяния света произвольной осесимметричной частицей в электростатическом приближении. Поскольку волновое число предполагается равным нулю, вместо уравнений Максвелла в рамках метода разделения переменных решалось уравнение Лапласа для скалярных потенциалов или эквивалентное интегральное уравнение в рамках метода расширенных граничных условий, который по сути является версией метода разделения переменных. Данные подходы позволили найти строгие решения задачи для осесимметричных частиц. В предположении постоянного поля внутри частицы построено также приближенное решение, которое совпадает с точным в случае эллипсоидов. Численные расчеты показали, что построенное затем релеевское приближение хорошо работает в широком диапазоне значений параметров задачи и удовлетворительно согласуется с результатами расчетов по строгим методам теории рассеяния.

Ключевые слова:

теория рассеяния света, электростатическое приближение

Благодарность:

Часть представленных исследований выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект РФФИ 10-02-00593-a).

Коды OCIS: 290.5825, 290.5870

Список источников:

1. Ван де Хюлст Х.К. Рассеяние света малыми частицами. Пер. с англ. / Под ред. Водопьяновой Т.В. М.: ИЛ, 1961. 537 c.
2. Борен К., Хаффмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. Пер. с англ. / Под ред. Фейзулина З.И. и др. М.: Мир, 1986. 660 с.
3. Mishchenko M.I., Hovenier J.W., Travis L.D. Light Scattering by Nonspherical Particles. San Diego: Academic Press, 2000. 690 p.
4. Климов В.В. Наноплазмоника. М.: Физматлит, 2010. 480 с.
5. Фарафонов В.Г. Рассеяние света многослойными эллипсоидами в релеевском приближении // Опт. и спектр. 2000. Т. 88. № 3. С. 492–494.
6. Фарафонов В.Г. Рассеяние света многослойными неконфокальными эллипсоидами в релеевском приближении // Опт. и спектр. 2001. Т. 90. № 4. С. 646–651.
7. Posselt B., Fafaronov V.G., Il’in V.B., Prokopjeva M.S. Light scattering by multi-layered ellipsoidal particles in the quasistatic approximation // Measurem. Sci. Technol. 2002. V. 13. № 3. P. 256–262.
8. Gérardy J.M., Ausloos M. Absorption spectrum of spheres from the general solution of Maxwell’s equations // Phys. Rev. B. 1980. V. 22. № 10. P. 4950–4959.
9. Mackowski D.W. Electrostatics analysis of radiative absorption by sphere clusters in the Rayleigh limit // Appl. Opt. 1995. V. 34. № 18. P. 3535–3545.

10. Wind M.M., Bobbert P.A., Vlieger J., Bedeaux D. Optical properties of 2D-systems of small particles on a substrate // Physica A. 1989. V. 157. № 1. P. 269–280.
11. Gozhenko V.V., Grechko L.G. Electrodynamics of spatial clusters of spheres // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. № 12. P. 125422-16.
12. Félidi N., Aubard J., Lévi G. Discrete dipole approximation for ultraviolet-visible extinction spectra simulation of silver and gold colloids // J. Chem. Phys. 1999. V. 111. № 3. P. 1195–1208.
13. Boyack R., Le Ru E.C. Investigation of particle shape and size effects in SERS using T-matrix calculations // Phys. Chem. Chem. Phys. 2009. V. 11. № 34. P. 7398–7405.
14. Liu F., Smallwood G.J. Effect of aggregation on the absorption cross-section of fractal soot aggregates and its impact on LII modelling // J. Quant. Spectrosc. Rad. Transf. 2010. V. 111. № 2. P. 302–308.
15. Moroz A. Depolarization field of spheroidal particles // JOSА. B. 2009. V. 26. № 3. P. 517–527.
16. Battaglia A., Muinonen K., Nousiainen T., Peltoniemi J.I. Light scattering by Gaussian particles // J. Quant. Spectrosc. Rad. Transf. 1999. V. 63. № 2–6. P. 277–303.
17. Min M., Hovenier J.W., de Koter A. Shape effects in scattering and absorption by randomly oriented particles small compared to the wavelength // Astron. Astrophys. 2003. V. 404. № 1. P. 35–46.
18. Mackowski D.W. A simplified model to predict the effect of aggregation on the absorption properties of soot particles // J. Quant. Spectrosc. Rad. Transf. 2006. V. 100. № 1–3. P. 237–249.
19. Yang J., Wu J.-C., Wu Y.-C., Wang J.-K., Chen C.-C. Organic solvent dependence of plasma resonance of gold nanorods: a simple relationship // Phys. Chem. Lett. 2005. V. 416. № 4–6. P. 215–219.
20. Langhammer C., Kasemo B., Zoric I. Absorption of light by Pt, Pd, Ag, and Au nanodisks: absolute cross sections and branching ratios // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. № 19. P. 194702-11.
21. Khlebtsov B., Melnikov A., Zharov V., Khlebtsov N. Absorption and scattering of light by a dimer of metal nanopsheres // Nanotechnol. 2006. V. 17. № 5. P. 1437–1445.
22. Farafonov V.G., Il’in V.B. Single light scattering: computational methods // Light Scattering Reviews / Ed. by Kokhanovsky A.A. Berlin: Springer-Praxis, 2006. P. 125–177.
23. Зоммерфельд А. Электродинамика. Пер. с нем. / Под ред. Элькинда С.А. М.: ИЛ, 1958. 501 с.
24. Колтон Д., Кресс Р. Методы интегральных уравнений в теории рассеяния. Пер. с англ. / Под ред. Свешникова А.Г. М.: Мир, 1987. 312 с.
25. Морc Ф.М., Фешбах Г. Методы теоретической физики. Пер. с англ. / Под ред. Аллилуева С.П. и др. М.: ИЛ, 1958. 1872 с.
26. Фарафонов В.Г. О применимости метода Т-матриц и его модификаций // Опт. и спектр. 2002. Т. 92. № 5. С. 813–825.
27. Фарафонов В.Г., Ильин В.Б., Винокуров А.А. Рассеяние света несферическими частицами в ближней и дальней зонах: применимость методов со сферическим базисом // Опт. и спектр. 2010. Т. 109. № 3. С. 476–487.