Рассеяние света частицами


Рассеяние света частицами (англ. light scattering by particles) — процесс, при котором маленькие частицы (например, кристаллы льда, пылинки, атмосферные частицы, космическая пыль) создают оптические явления, такие как радуга, синий цвет неба, гало.

Уравнения Максвелла являются основой теоретических и вычислительных методов, описывающих рассеяние света, но поскольку точные решения уравнений Максвелла известны только для нескольких геометрических тел (таких как сферическая частица), то рассеяние света частицами является областью исследования вычислительного электромагнетизма, работающей с рассеянием и поглощением электромагнитного излучения частицами.

В случае геометрических тел, для которых известны аналитические решения (такие как сферы, скопление сфер, бесконечные цилиндры), решение обычно вычисляется в виде бесконечных рядов. В случае более сложных геометрических тел и для неоднородных частиц рассматривается и решается дискретная реализация уравнений Максвелла. Эффект многократного рассеяния света частицами изучается методами теории переноса излучения.

Относительный размер рассеивающей частицы определяется параметром размера, представляющим отношение характерного размера частицы к длине волны

Метод конечных разностей принадлежит общему классу сеточных разностных методов численного моделирования. Зависящие от времени уравнения Максвелла (в виде уравнений в частных производных) рассматриваются в дискретной форме, применяются разностные формулы для приближения частных производных. Полученные уравнения можно решать, например, методом типа leapfrog: компоненты вектора электрического поля в объеме пространства определяются для заданного момента времени, затем компоненты вектора магнитного поля в том же элементе объёма определяются для следующего момента времени; процесс повторяется.

Также этот метод называют методом расширенных граничных условий. Элементы матрицы получают при соотнесении граничных условий и решений уравнений Максвелла. Падающее, передаваемое и рассеиваемое поля раскладываются по сферическим векторным волновым функциям.