Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
4/,/*
и 2-L У2
>1. ^66)
Но степень частичной поляризации всегда определяется соотношением
(61).
В упомянутой выше работе Перрена и Абрагама 1441 выведено соотношение между элементами а-(0) матрицы преобразования, имеющее особое значение для проблемы рассеяния полидисперсными частицами. Насколько нам известно, на этот результат ранее никто не обращал внимания. Данное соотношение в принятых обозначениях имеет вид
1. (67)
Оз—04
Оно справедливо только для отдельной рассеивающей частицы Ми или для ансамбля таких частиц с одинаковыми размерами и оптическими свойствами. Подставляя (65) в (66), после упрощений получаем
4/|/2 4/0,/02 С7)0.г
(68)
Из (66) — (68) следует, что если падающее излучение полностью поляризовано, то процесс первичного рассеяния отдельной частицей Ми будет приводить к полной поляризации рассеянного излучения во всех направлениях. Очевидно также, что в результате рассеяния неполяри-зованного света не обязательно получается неполяризованное излучение. Исключение составляют направления вперед и назад, поскольку обычно для отдельных сферических частиц а,=^=а2. Более того, если падающий свет является неполяризованным или линейно поляризованным, как в примерах 1 и 2 табл. 4, то процесс рассеяния приводит к частичной или полной линейной поляризации. Далее, из соотношений
Глава 3. Однократное рассеяние системой частиц
85
(65) видно, что эллиптически поляризованный свет получается только в результате рассеяния полностью или частично поляризованного излучения (см. примеры 3—8 в табл. 4).
Одно важное следствие из свойства (67), также полученное Перре-ном и Абрагамом 1441, еще более интересно для дальнейшего рассмотрения. Согласно этому следствию, для ансамбля рассеивающих гетерогенных частиц с различными размерами или оптическими свойствами (или теми и другими характеристиками) отношение (67) всегда больше единицы. Используя обозначения, которые будут введены позднее (ср. разд. 3.3.2), получаем
Pi<e)P,<e>_> (69)
р1(Щ + р\ (в)
где Pj(0) — элементы фазовой матрицы для полидисперсной соеды, эквивалентные элементам фазовой матрицы сгДО) для отдельных частиц. Тогда из соотношения (68) непосредственно следует, что в этом случае результирующий ноток будет только частично поляризован, даже если падающий свет поляризован полностью. Таким образом, отдельный акт рассеяния полностью поляризованного света совокупностью полидисперсных частиц типа Ми приводит к некоторой деполяризации при всех углах рассеяния, за исключением направлений точно назад и вперед. Этот вывод не относится к полидисперсным системам, состоящим только из частиц релеевского типа. Однако в последнем случае отношение (69) будет очень близко к единице.
Это важное свойство подтверждается численными результатами, представленными в таблицах во второй части к ним. Некоторые примеры были рассмотрены также в приложении к отчету о рассеянии излучения в СВЧ-диаиазоне 147, стр. 36, 37]. Разумеется, для отдельных сферических частиц соотношение (67) всегда справедливо. Оно может служить хорошей проверкой точности расчетов амплитуд Ми, проводимых при помощи настоящей или какой-либо другой расчетной схемы.
Рассмотренные выше поляризационные свойства рассеянного излучения позволяют использовать их на практике. Допустим, что можно получить излучение, очень близкое к монохроматическому и полностью поляризованному (например, излучение лазера). Пусть, далее, поляризацию рассеянного света можно точно определить экспериментально. Тогда полученная степень деполяризации является мерой гетерогенности для системы рассеивающих частиц. В противном случае рассеивающие частицы должны быть или одинаковыми, или монодисперс-ными. Подобная методика является особенно ценной тогда, когда рассеивающие частицы нельзя изолировать и непосредственно исследовать их размеры и состав, как, например, в случае гидрозолей или аэрозолей.
86
Теория рассеяния света
3.3. ЭЛЕМЕНТЫ МАТРИЦЫ СТОКСА ДЛЯ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
В большинстве проблем, касающихся рассеяния света в атмосфере, необходимо рассматривать совокупность частиц в пределах какого-либо освещенного объема. Падающее излучение может иметь произвольную величину, выраженную в определенной системе физических единиц, которая зависит от условий эксперимента или от выбора исследователя. Поэтому представляется удобным нормировать падающий поток излучения к единице. С другой стороны, счетная концентрация и распределение рассеивающих частиц по размерам в единице объема произвольны. Вследствие этого целесообразно отделить эти параметры в элементах матрицы рассеяния от параметров, которые описывают угловое распределение и поляризацию. Интенсивность излучения, рассеянного в каком-то определенном направлении, может быть нормирована относительно общего потока, рассеянного во всех направлениях.
Указанные три операции необходимы не только для лучшего понимания элементарного процесса рассеяния, но и для того, чтобы математически сформулировать задачу переноса излучения в протяженной среде.
3.3.1. НОРМИРОВКА ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МАТРИЦЫ РАССЕЯНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ МОНОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ
