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基片与缺陷粒子的复合光散射研究及应用

巩蕾  
【摘要】:本论文就基片与缺陷粒子的复合光散射问题开展了系统的理论研究工作,并将光散射应用到缺陷粒子的辐射力问题中进行初步讨论。主要包括:微粗糙基底与涂层的光散射;基片与瑞利近似缺陷粒子的复合光散射;基片与上方、镶嵌和下方的缺陷粒子的复合光散射;缺陷粒子在激光波束作用下的辐射力研究。论文主要工作如下: 1.利用微扰法研究了无涂覆微粗糙基片的光散射问题。对于有涂覆的微粗糙基片,在微扰理论的基础上建立了微元偏振光散射模型并给出了双向反射分布函数偏振特性研究方法。通过数值结果分析了多个因素对基底和涂层光散射的影响。 2.利用琼斯散射矩阵和双向反射分布函数偏振特性,分别讨论了基片表面和亚表面瑞利近似缺陷粒子与基片表面的复合光散射问题。给出了不同偏振状态下的双向反射分布函数表达式。数值计算结果给出了通过波长定标来实现瑞利近似缺陷粒子的位置判断的方法和诊断表面、亚表面瑞利缺陷和基片表面微粗糙度等不同散射机理的方法。 3.利用Bobbert-Vlieger理论建立了基片与上方回转椭球及类球体缺陷粒子的复合光散射模型。通过对场进行矢量球谐函数展开,就基片上缺陷粒子的光散射问题展开讨论,推导求解出散射系数及微分散射截面。通过对微分散射截面的计算,分析了多个因素对复合光散射的影响,定位反演了类球体粒子球缺的位置和材质。 4.对于基片与镶嵌和掩埋缺陷粒子的复合散射问题,引入半空间问题的解决方案,切入FDTD方法。结合三波法给出了相应的连接边界条件。将互易性定理应用到近远场外推中,使复杂的外推过程简化。数值计算讨论了基片表面镶嵌球体、柱体和回转椭球体缺陷粒子,基片内部一个或多个缺陷粒子与基片的复合光散射。给出了缺陷粒子周围的电场分布,并讨论了多个因素对复合光散射的影响。 5.将光镊技术应用到光学无损检测中,分析了球形缺陷粒子对激光波束的散射过程,推导出缺陷粒子所受到的辐射力的理论表达式。数值计算分析了高斯波束在轴入射和离轴入射两种情况下缺陷粒子所受到的辐射力,并讨论了波束束腰半径,粒子半径,粒子折射率等因素对辐射力的影响。


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