运用广义洛伦兹-米散射理论(GLMT)研究了高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子的散射特性,将直角坐标系下沿 z轴方向传播的贝塞尔波束的电磁场强度各分量表达式转化成球坐标系下各个分量的表达式,使用GLMT中的积分局部近似法计算贝塞尔涡旋波束的波束因子,进而计算在轴入射的高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射。以硝酸铵球形粒子为例,通过数值计算,讨论了不同拓扑荷数和半圆锥角矢量贝塞尔涡旋波束与气溶胶粒子作用的微分散射截面随散射角变化的分布,以及消光截面、散射截面和吸收截面随均匀球形气溶胶粒子尺寸参数的变化情况。结果表明,随着贝塞尔涡旋波束拓扑荷数的增大,粒子微分散射截面值逐渐减小;拓扑荷数一定的贝塞尔涡旋波束随着光束半圆锥角的增大,消光截面、散射截面和吸收截面各值整体上趋向减小。

颗粒粒径和颗粒折射率是光散射颗粒测量技术中的重要参数。为了实现颗粒粒径的测量及其分档, 在广义Mie理论基础上, 分析了颗粒粒径及折射率对后向散射光能分布的影响, 并得到了后向散射光能分布随颗粒粒径及折射率呈周期变化规律。实验验证结果表明, 后向散射光能与颗粒粒径及颗粒浓度有关。研究结果可为后续的颗粒测量研究提供参考。

为实现雾化过程中局域内单液滴的测量, 采用德拜级数展开研究了高斯光照射下球形液滴一阶彩虹区域的散射光强分布, 以及高斯光束腰大小对光强分布峰值角度的影响.根据德拜级数展开计算的散射光强分布反演液滴的折射率和粒径,证明了根据高斯光的彩虹散射反演液滴信息的可行性.基于广义洛伦兹-米氏理论计算一阶彩虹区域的总光强分布, 根据总光强分布反演液滴折射率和粒径, 讨论了高斯光束位置对反演液滴信息的影响.对于半径在200~1 000 μm区间的液滴, 高斯光束位于中心入射时, 反演折射率的误差小于2.38×10-4, 粒径的相对误差在-3.31%~3.31%之间.与采用平行光彩虹技术相比, 采用高斯光束为入射光可以得到较高的光能聚集区, 较好地定义测量区大小,既可以有效避免多个液滴同时出现在测量区的情况、减小颗粒之间复散射的影响, 又可以提高信号强度.

针对基片无损检测工作中缺陷粒子的清除问题，基于广义米氏理论，结合球形缺陷粒子对激光波束的散射理论，研究了沿基片水平方向入射高斯波束对介质球缺陷粒子的辐射力。根据连带勒让德函数及三角函数的正交关系，给出作用在高斯波束中介质缺陷球体粒子上的横向以及轴向辐射力的解析表达式，并分析不同参数对辐射力的影响。结果表明，随激光束腰半径的减小，辐射力峰值变大；随束腰半径增大，光轴的能量降低，散射力减小；随粒子折射率减小，散射力逐渐减小。工程上可通过减小激光波束束腰半径加大激光能量，以便更有效地清除缺陷粒子；亦可通过对辐射力的定量分析实现缺陷材质的检测。

基于广义洛仑兹-米氏理论(GLMT), 研究了高斯波束对离心球的纵向辐射俘获力。用积分区域近似法计算波束系数, 散射场的展开系数由矢量球面波函数的加法定理并求解边界条件得到。给出了高斯波束对在轴离心球辐射俘获力的计算公式并进行了数值模拟。将离心球退化为同心双层球, 对离心球辐射俘获力的公式进行了验证。讨论了离心距对纵向俘获力的影响, 也讨论了束腰半径、介质折射率和波长对纵向辐射俘获力的影响。