基于Mie氏散射理论的石墨微球颗粒光散射特性研究
mie散射方程
mie散射方程Mie散射方程是描述散射现象的一种数学模型，它是由德国物理学家Gustav Mie在1908年提出的。
Mie散射方程可以用于描述当一个平面波照射在一个球形粒子上时，粒子对光的散射过程。
它在气象学、光学、颗粒物悬浮物等领域有广泛的应用。
Mie散射方程的基本思想是将散射光的复振幅表示为一个级数展开，其中每一项都代表不同的散射模式。
具体来说，对于一个球形粒子，当光波从外部照射到粒子上时，会发生散射、透射和吸收等过程。
而Mie散射方程的目标就是计算散射光的强度和分布。
Mie散射方程的推导过程比较复杂，涉及到电磁波与介质的相互作用、散射的干涉以及发散级数等数学方法。
一般情况下，我们可以使用计算机模拟等方法来求解Mie散射方程。
Mie散射方程的解是一个复杂的级数和积分表达式，其中包含了一系列的散射模式参数和Bessel函数。
通过数值方法，我们可以得到每个散射模式的散射系数、散射光的强度分布以及相位函数等信息。
Mie散射方程的应用十分广泛，特别是在气象学和光学领域。
在气象学中，Mie散射方程用于研究大气中的颗粒物悬浮物，如云、雾和烟尘等的散射特性。
通过分析散射光的角分布和强度分布，可以得到有关颗粒物形状、尺寸和浓度的信息。
在光学领域，Mie散射方程用于研究微小颗粒对光的散射现象。
例如，当激光照射到细胞、纳米颗粒或微小粉尘中时，其散射特性可以通过Mie散射方程得到。
这对于医学诊断、材料表征和颗粒物检测等方面具有重要意义。
Mie散射方程还应用于研究孤立粒子和聚集体的散射特性，包括表面增强拉曼散射（SERS）等。
通过改变粒子的尺寸、形状和组成，可以调控散射光的强度和频率，从而实现光学效应的调控和操控。
总结起来，Mie散射方程是一种用于描述粒子对光的散射现象的数学模型。
它的应用十分广泛，涵盖了气象学、光学、材料科学等多个领域。
通过求解Mie散射方程，我们可以得到散射光的强度和分布等信息，对粒子的尺寸、形状和组成进行表征和检测。
液体颗粒计数器的设计-激光粒度仪
液体颗粒计数器的实验设计摘要：本论文主要设计研发一种液体颗粒计数器。
颗粒计数器是一种测量液体中不溶颗粒的浓度，其浓度可以用颗粒的体积(质量)与液体的体积(质量)比表示。
在实验中我们用体积比来表示浓度。
根据Mie散射理论，设计了一种颗粒计数器的实验装置并进行了相关的实验研究，通过测量粒径为5um、10um、25um、76um的标准样品颗粒，测量结果基本准确。
通过对测量结果地观察，分析了产生误差的原因并提出相应的改进意见。
本论文的主要创新点有：第一，用凸透镜聚集散射光，用一个探测器接收，取代了环形探测器。
第二，运用环形光阑收集一定角度范围内的散射光，利用这一角度范围内的光强来表示颗粒大小与光强的关系，避免使用空间多位探测器收集大角度的散射光。
关键词：米氏散射；激光粒度仪；颗粒计数器Abstract：This paper mainly introduces a kind of liquid particle counter of experiments. Particle counter is a measure of liquid insoluble grain the concentration of the star, can use the volume of particles (quality) and the volume of liquid (quality) than said. In experiments with volume we board said. This paper mainly design developing a liquid particle counter, using laser light red point like do, according to the Mie scattering theory, collect certain angle within the scope of the scattering light, again through the photoelectric transforma- tion and calculated measured liquid size distribution. The reasonable design of the light path and the corresponding software, measuring the size for 5 um, 10 um, 25 um, 76 um standard sample particle results basic right. This experiment to the main innovation points: first, with a burning gathered scattering light, with a detectors receiving, replaced the annular detector, reduce the costs. Second, to collect certain Angle within the scope of the scattering the light, use this Angle within the scope of the light intensity to the particle size and light said strong relationship between, avoid to use the space probes collect more than large Angle scattering light, reduce the cost and reduce the sizeof the instrument.Key word: Mie scattering, laser particle size analyzer, particle counter1.Mie散射理论Mie散射理论是德国科学家Gustav Mie于1908年，用麦克斯韦的经典波动光学理论，加上适当的边界条件，解出了任意直径，任意折射率的均匀球型颗粒的散射光强角度分布的严格数学解。
揭示光的散射现象的米氏散射实验
揭示光的散射现象的米氏散射实验引言：光是一种电磁辐射，当光线遇到物体时，会发生散射现象。
光的散射是指光线在传播过程中与物体的微粒发生相互作用，改变了光线的方向。
散射现象不仅广泛应用于物理学研究，还存在于日常生活中。
米氏散射实验被广泛用于研究光的散射现象，并且在其他领域也有重要的应用。
一、米氏散射理论米氏散射理论由德国物理学家Gustav Mie在1908年建立。
该理论描述了一种特殊情况下光在微尺度物体表面散射的行为。
相比于其他散射理论，米氏散射理论适用于较大的物体和散射角较大的情况。
在该理论中，物体尺度与光波长相接近，同时散射角很大。
另外，该理论也适用于散射介质的折射率与真空中的光速比较大的情况。
二、米氏散射实验准备1. 实验器材准备：a. 激光器：选择一台连续激光器，因为散射体与光的相互作用是连续的，使用一束连续的光线可以得到更稳定的结果。
b. 散射体：选择符合米氏散射理论条件的物体，例如直径在光波长的数量级范围内的微粒，如钛白粉等。
确保散射体表面光滑均匀，以避免其他因素对散射结果的影响。
c. 探测器：使用一个高灵敏的探测器来记录散射光的强度。
常见的探测器有光电二极管和CCD相机等。
2. 实验环境准备：a. 实验室环境：米氏散射实验需要进行在控制环境中进行，避免外部光源或其他因素对实验结果的影响。
实验室应该保持相对暗的环境。
b. 光路设置：设置激光器、散射体和探测器的光路。
激光器将光线照射到散射体上，然后通过探测器记录散射光的强度。
确保光路稳定和准确，以获得可靠的实验数据。
三、米氏散射实验过程1. 实验设定：将散射体放置在光路上，使其暴露在激光器的光束中。
确保散射体与激光光束垂直，以获得最佳的散射结果。
调整探测器的位置和角度，使其能够接收到最大强度的散射光。
2. 数据收集：打开激光器并记录探测器收集到的光强度。
通过改变散射体的位置或旋转角度，记录不同条件下的散射光强度。
根据米氏散射理论，当散射角较大时，散射光强度与波长、散射方向和散射粒子尺寸等因素相关。
米散射理论基础
米散射(Mie scattering);又称粗粒散射”粒子尺度接近或大于入射光波长的粒子散射现象。
德国物理学家米(Gustav Mie,1868—1957)指出,其散射光强在各方向是不对称的，顺入射方向上的前向散射最强。
粒子愈大，前向散射愈强。
米散射当球形粒子的尺度与波长可比拟时，必须考虑散射粒子体内电荷的三维分布。
此散射情况下，散射粒子应考虑为由许多聚集在一起的复杂分子构成，它们在入射电磁场的作用下，形成振荡的多极子，多极子辐射的电磁波相叠加，就构成散射波。
又因为粒子尺度可与波长相比拟，所以入射波的相位在粒子上是不均匀的，造成了各子波在空间和时间上的相位差。
在子波组合产生散射波的地方，将出现相位差造成的干涉。
这些干涉取决于入射光的波长、粒子的大小、折射率及散射角。
当粒子增大时，造成散射强度变化的干涉也增大。
因此，散射光强与这些参数的关系，不象瑞利散射那样简单，而用复杂的级数表达，该级数的收敛相当缓慢。
这个关系首先由德国科学家G.米得出，故称这类散射为米散射。
它具有如下特点：①散射强度比瑞利散射大得多，散射强度随波长的变化不如瑞利散射那样剧烈。
随着尺度参数增大，散射的总能量很快增加，并最后以振动的形式趋于一定值。
②散射光强随角度变化出现许多极大值和极小值，当尺度参数增大时，极值的个数也增加。
③当尺度参数增大时，前向散射与后向散射之比增大，使粒子前半球散射增大。
当尺度参数很小时，米散射结果可以简化为瑞利散射；当尺度参数很大时，它的结果又与几何光学结果一致；而在尺度参数比较适中的范围内，只有用米散射才能得到唯一正确的结果。
所以米散射计算模式能广泛地描述任何尺度参数均匀球状粒子的散射特点。
19世纪末，英国科学家瑞利首先解释了天空的蓝色：在清洁大气中，起主要散射作用的是大气气体分子的密度涨落。
分子散射的光强度和入射波长四次方成反比，因此在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色彩光比绿、黄、橙和红色彩光为强，最后综合效果使天穹呈现蓝色。
Mie理论在生物组织散射特性分析中的应用
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（ｉｎ ｃｌｌｉｎｅ∞）［Ｎｉｅｍｚ Ｍ Ｈ ２００５激光与生物组织的相互作用 ——原理及应用张镇西译（北京：科学出版社）第２０，２１页］
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图１为相对折射率ｍ取１．１，入射光波长Ａ取 ０．６３２８ ｔｔｍ，等效颗粒直径ｄ取２ ｔｔｍ时的Ｍｉｅ散射 相函数和ＨＧ散射相函数曲线图．图１中Ｍｉｅ散射 相函数和ＨＧ散射相函数计算得到的各向异性因子 ｇ均为０．９６３，但散射相函数随散射角变化曲线有显 著的差异，Ｍｉｅ散射相函数曲线随散射角呈现出一 系列振荡特性，而ＨＧ散射相函数曲线随散射角单 调下降．对人脑组织的实验表明实测散射相函数有 强烈的前向峰值特性，并在后向（即大角度）出现了 增加∽ｏ，这点与Ｍｉｅ散射相函数更加吻合，而ＨＧ散 射相函数对组织的后向散射表征显得欠缺：图２为 等效颗粒直径ｄ分别取０．５，２ ｐａｎ时的Ｍｉｅ散射相 函数，对应的各向异性因子ｇ分别为０．７４５，０．９６３， 计算表明：等效颗粒直径越大，散射相函数在小角度 的数值越大，因而各向异性因子也越大；等效颗粒直 径越小颗粒的后向散射增强，同时散射相函数趋于光 滑．因此利用Ｍｉｅ散射相函数可以合理解释细胞中各 个大小不等的亚细胞器官在不同方向上散射程度的 不同：细胞核相对于其它亚细胞器官来说体积较大， 它在小角度范围内的散射更为明显；而线粒体等体积 较小的亚细胞器官的前向散射特性显著减弱．
Mie理论简介
对流层大作业——Mie理论的理解与介绍学院：物理与光电工程学院班级：071261班学号：07126006姓名：彭甜指导老师：弓树宏摘要：本文首先推导了Mie散射理论的基本公式，从而可以精确的计算出散射光强与各项参数之间的关系。
其次用Mie理论对微球体颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算，得出了散射光分布与入射光波长、微球体颗粒半径以及微球体相对折射率之间的关系。
而后，分析了Mie散射与Rayleigh散射光分布图之间的趋近情况对比讨论了散射光光强大小的分布，分析了测量不同粒径的颗粒的可行性。
最后，全面的给出了Mie散射理论的应用领域。
目录摘要 (2)目录 (3)0前言 (4)1Mie散射的基本公式 (5)2用Mie理论对微球体颗粒光散射分析 (7)2.1入射光波长λ与光散射分布的关系 (7)2.2相对折射率m与散射光分布的关系 (8)2.3微球体颗粒半径与散射光分布的影响 (9)3分析比较Mie散射与Rayleigh散射光分布图 (11)4、Mie散射理论的应用 (13)4.1在生物组织上的应用 (13)4.2在医学上的应用 (13)4.4解释了天空为什么呈现蓝色等 (14)5参考文献 (15)0前言：光波通过透明介质时，由于介质的不均匀性，部分光波偏离原来的传播方向而向不同方向散开。
这一现象称为光的散射。
人类对光散射现象的认识经历了一个相当漫长的过程，法拉第、丁达尔、瑞利和爱因斯坦都对推动光散射理论的发展做出过贡献。
1908年，Gustav Mie通过对定态电磁波的麦克斯韦方程组求解，得到了均匀介质中球形颗粒对弹性波散射的严格解，得出了任意直径、任意成分的均匀粒子的散射规律。
这就是著名的米氏理论。
Mie散射理论在环保、能源、天文、气象、医学等领域得到了广泛应用，然而令人遗憾的是，它的解形式颇为复杂，只能通过对其中的无穷级数的有限项求和来实现对光散射中的各个物理量的数值计算。
另一方面，已经有许多学者致力于非球形颗粒散射特性的理论研究，并在某些方面取得了突破性进展。
mie散射方程
mie散射方程摘要：1.mie 散射方程的概述2.mie 散射方程的物理意义3.mie 散射方程的求解方法4.mie 散射方程在实际应用中的重要性正文：一、mie 散射方程的概述Mie 散射方程，全称为Mie 理论散射方程，是由德国物理学家Gustav Mie 在1908 年提出的一种描述光在颗粒物质中散射现象的数学方程。
Mie 散射方程适用于各种大小和形状的颗粒，它的提出极大地推动了光散射现象的研究，尤其在大气颗粒、海洋颗粒、生物颗粒等领域具有广泛的应用。
二、mie 散射方程的物理意义Mie 散射方程描述了光在颗粒物质中传播时，颗粒对光的散射作用。
光在传播过程中，会与颗粒相互作用，使光的传播方向发生改变，这一现象称为光的散射。
Mie 散射方程通过物理模型和数学公式，详细地描绘了光在颗粒物质中的散射过程，从而为研究光散射现象提供了理论依据。
三、mie 散射方程的求解方法Mie 散射方程是一个复杂的偏微分方程，对于具体的颗粒形状和尺寸，需要通过数值方法求解。
常用的求解方法有：光学几何法、矩方法、有限元法等。
通过这些方法求解Mie 散射方程，可以得到颗粒散射光的各项物理量，如散射强度、散射角度、散射颜色等。
四、mie 散射方程在实际应用中的重要性Mie 散射方程在众多领域具有广泛的应用，尤其在大气污染、海洋光学、生物医学等领域具有重要的意义。
例如，在大气污染研究中，通过Mie 散射方程可以研究气溶胶颗粒对光的散射特性，从而反演大气颗粒的浓度和分布；在海洋光学中，Mie 散射方程为研究海水中的光传输特性提供了理论基础；在生物医学领域，Mie 散射方程有助于研究生物颗粒的光学性质，为生物成像和检测等应用提供支持。
Mie理论归一化散射光强的研究
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9 引
言
入射光在透镜表面的衍射会引起幅度和相位的变化 ’ 以至影响到透镜的聚焦性能 ’ 因此标量衍射理论与矢 量衍 射 理 论 都 不 能 准 确 地 对 透 镜 的 光 学 性 质 进 行 分析 6 目前 ’ 用于对直径与入射光波长数量级相同的光
> ( ? 学元件分析最广泛的是 12 理论 6& ; , @年 ’ 3 @* 12 3 在电磁理论的基础上 ’ 对平面单色波被位于均匀媒质
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作用．目前， 在研 究的各种抗红外 遮蔽材料 中， 石墨是一种较 好的物质 。
收 稿 日期 ｔ２０＿８ｌ ０８０－１ Ｊ 基 金项 目：山东 省 科技 攻 关 项 目 （ ０Ｇ ３０４ｏ） ２ ７ Ｇ ｏ０ｏ５ ０ 作 者 简介 ：张 士英 （ ７ — ） １ ８ — ，女 ，山东省 枣 庄 人 ，讲 师 ，硕 士 ，主要 从事 光 散射 理 论 和 实验 的研 究 。 ９
Ｓ ｕ ｆＳｃ ｔ ｅ ｉ ｔ ｄｙ ｏ ａ ｔ ｒｎｇ Ｃｈａｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆＧ ｒ ｐｈｉｅ Ｐａｒ ｉｌｓ ｕａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏ ａ ｔ ｕｔｃｅ
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１ 引 言
在许多应用学科 中， 如大气光学 、 生态学、 天文学等领域， 都需要 了解微粒子 的光 学特 性， 同时 ，对单 粒子 及复合 粒子 的深 入研 究 也 可促 进 学科 的进 一步 发展 。在 应用 技术 中，微 粒 子 对 光 的散 射 吸收是 电磁 波与微粒 子相 互作 用的 重要特 点， 因此， 近年来许 多学者对有关微粒 子 光学 特性 的研 究给 予 了重视 ，并做 了大 量 的工
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作［
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由于大 气 中各 种成份 对 不同波 长光 的 吸收 率不同 ， 因此 ， 不同波长 的红外 辐射对大气 的透 过率也 不 同。红外 辐射 对大 气透 过 率高 的波 长 区域为大 气的红外 “ 口” 窗 。而抗红外 物质具 有
消 除某 个 波段 的作用 ，在军 事 上有着 重要 的应 用 ，它 们可使 工作 在这 些波 段 的探测 器件 失 去
文章编号 ： １７— ｏ ０
基 于 Ｍ ｉ 氏散 射 理 论 的 石 墨 微 球 颗 粒 ｅ 光 散 射 特 性 研 究
张 士 英
（ 枣庄学院物理与电子工程系，山东 枣庄 ２７６） ７ １０
摘 要：本 文应 用 Ｍｉ ｅ氏散射理论 对石 墨微 球颗 粒光散 射 的性质 进行 了理论 分析 与数 值 计算 ，得 到 了消光特性 与入射波 长及粒 子半径、散 射 强度 与散射 角 以及 散射 强度 与 参 数 ｘ的关系。结果表 明，粒 子 的半径越小 ，其消 光效 果越好；入射 波长越小，粒子 的 前 向散射 强度越 强。因此 ，通过测 量前 向散射 光 的分布 可 以确定微 球体 颗粒 的半径。 关键 词： ｅ Ｍｉ氏散射；光 学截 面；散射 强度；红外 中图分类号 ： Ｏ ６ 文献 标识码： Ａ ４９
ｍｉｒｓ ｈ ｒ ａ ｅｄ ｔｒ ｎ ｄ ｔ ｒｕ ｔ ｅｍｅｓ ｒｍｅ ｔｏ ｈ ｉ ｒｂ ｔ ｎ ｏ ｅｆｒ ａｄ ｓａｔｒ ｇ ｃｏｐ ｅｅｃ ｎ ｂ ｅｅｍｉｅ ｈｏ 曲 ｈ ａｕ ｅ Ⅱ ｆ ｅｄｓ ｉｕ ｉ ｆｔ ｏｗ ｒ ｃ ｔ ｉ ｔ ｔ ｏ ｈ ｅｎ
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