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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 原子、分子&光学 » 粒子尺度（半径）比入射光波长较大时，光和粒子的相互作用问题用什么理论来讨论
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ouyangmeme

铁杆木虫 (著名写手)

[交流] 粒子尺度（半径）比入射光波长较大时，光和粒子的相互作用问题用什么理论来讨论

粒子较大时光和粒子相互作用是分两种情况吗？一种是用Mie理论来讨论的，这是和粒子内的介质有关（比如折射率等），相互作用包括散射和吸收，
另一种是用衍射理论来讨论，主要用惠更斯原理来解释，这种衍射理论讨论的是衍射，衍射的结果与粒子的大小以及形状有关？

还是说散射，吸收和衍射都是可以用Mie理论来解释，也都可以用衍射理论来解释？

谢谢。
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1楼 2014-09-26 14:34:57
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ouyangmeme

铁杆木虫 (著名写手)
送红花一朵
引用回帖:
14楼: Originally posted by 敬真 at 2014-09-29 13:50:23
谈谈我个人的理解：波动光学其实适用范围是很广的，散射理论以及经典衍射理论都能从中进行推导。因此，虽然侧重的尺度不一样，但其实也没有严格的界定，它们本质上都来自麦克斯韦方程和边界条件，只是在处理物体和 ...

雨滴的直径大概有0.1毫米量级到8毫米，可见光和红外光的波长是0.4微米到大概10微米左右，如果讨论可见光，红外光和雨滴的相互作用，能用散射理论来讨论吗，这时尺度参数x=pie*d/lambda有1000了。

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15楼2014-09-29 16:42:47
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敬真

金虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
粒子一般指构成物质的基本微粒，原子，分子等等。所以，你的意思应该是颗粒吧？假设颗粒的尺度为a，则一般有如下几种情况：
（1）a>>光波长，这时光表现出明显的光线特征，可以很好地使用几何光学解决；
（2）a>波长，且a~波长（与波长同量级可比拟），此时光表现出较为明显的波动性，习惯上使用波动光学的衍射理论解决，但也可以使用散射理论，只是求解精度的问题。
（3）a<波长，且a~波长（与波长同量级可比拟），此时光同样表现出波显著动性，只是习惯是使用散射理论解决，但同样可以用衍射理论，也是求解精度的问题。
（4）a<<波长，这就是当前非常热门的亚波长光学，如果将颗粒排列成准周期或周期的阵列或构形，将出现与传统理论区别较大的现象，比如反常吸收，反常反射等等，人们现在通常用等离激元光子学或者扩展后的衍射理论进行处理。
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ouyangmeme
12楼2014-09-27 20:50:46
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ouyangmeme

铁杆木虫 (著名写手)
送红花一朵
引用回帖:
12楼: Originally posted by 敬真 at 2014-09-27 20:50:46
粒子一般指构成物质的基本微粒，原子，分子等等。所以，你的意思应该是颗粒吧？假设颗粒的尺度为a，则一般有如下几种情况：
（1）a>>光波长，这时光表现出明显的光线特征，可以很好地使用几何光学解决；
（ ...

太谢谢了。
还有个不明白的地方。
有的书上给出结论：对于a>>波长的情况，用Mie散射理论给出的结论和用夫琅禾费衍射理论得到的结论是一致的。
这时问题来了，对于Mie散射理论，是和粒子折射率有关，是光和粒子内部介质作用的结果，考虑的是散射和吸收；惠更斯-基尔霍夫衍射理论是和粒子大小，形状有关，不考虑粒子内部的情况，讨论的是衍射结果（就是光绕过颗粒继续传播，应该可以这么理解），两个理论是从不同的方面来讨论光和颗粒相互作用，为什么得到的结果是一样的？
衍射和散射、吸收应该是三个独立的概念吧，不互相包含。
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13楼2014-09-29 10:09:14
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敬真

金虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
13楼: Originally posted by ouyangmeme at 2014-09-29 10:09:14
太谢谢了。
还有个不明白的地方。
有的书上给出结论：对于a>>波长的情况，用Mie散射理论给出的结论和用夫琅禾费衍射理论得到的结论是一致的。
这时问题来了，对于Mie散射理论，是和粒子折射率有关，是光和 ...

谈谈我个人的理解：波动光学其实适用范围是很广的，散射理论以及经典衍射理论都能从中进行推导。因此，虽然侧重的尺度不一样，但其实也没有严格的界定，它们本质上都来自麦克斯韦方程和边界条件，只是在处理物体和近似上不同。所以，只要经过合适的假定及扩展，能得出同样结论并不稀奇。

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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ouyangmeme
14楼2014-09-29 13:50:23
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