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球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究

赵继芝 江月松 欧军 叶继海

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球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究

赵继芝, 江月松, 欧军, 叶继海

Scattering of the focused Laguerre-Gaussian beams by a spherical particle

Zhao Ji-Zhi, Jiang Yue-Song, Ou Jun, Ye Ji-Hai
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  • 研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性. 根据广义Mie理论, 推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式. 针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真, 讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的变化特性, 并通过散射系数解释了散射强度分布的振荡现象. 结果表明, 在聚焦拉盖尔-高斯光束照射下, 球形粒子的后向散射强度随着粒子半径的增大而逐渐增大; 后向散射强度开始增大时对应的粒子半径与拓扑荷有关. 通过与高斯光束的对比, 可以看出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射特性的差异, 使其在粒径测量、光通信和大气后向散射探测等方面具有潜在应用价值.
    Scattering of the focused Laguerre-Gaussian beams by a spherical particle is performed. According to the generalized Mie theory, the scattering coefficient expressions are gained. From the numerical simulations of the electric field distribution and scattering intensity of the focused Laguerre-Gaussian beams, the scattering intensities are discussed for different scattering angles, radii of spherical particles and topology changes, and the oscillatory behavior of the scattered intensity distribution is explained by the scattering coefficients. The results show that in the focused Laguerre-Gaussian beams, the backscattering intensity increases with the particle radius; and the particle radius when the scattering intensity begins to increase is related to the topological charge. Comparing with the Gaussian beams, we can see that the focuced Laguerre-Gaussian beams have different the scattering characteristics, so they have potential value for particle size measurement, optical communication, atmospheric backscattering detection, etc.
      通信作者: 赵继芝, bhcd9@163.com
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CB707001)资助的课题.
      Corresponding author: Zhao Ji-Zhi, bhcd9@163.com
    • Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2011CB707001).
    [1]

    Allen L, Padgett M J, Babiker M, Wolf E 1999 Prog. Optics 39 291

    [2]

    Allen L, Beijersbergen M W, Spreeuw R J, Woerdman J P 1992 Phys. Rev. A 45 8185

    [3]

    Simpson N, Dholakia K, Allen L, Padgett M 1997 Opt. Lett. 22 52

    [4]

    O Neil A, Padgett M 2001 Opt. Commun. 193 45

    [5]

    Mair A, Vaziri A, Weihs G, Zellinger A 2001 Nature 412 313

    [6]

    Bouchal Z, Celechovsky R 2004 New J. Phys. 6 131

    [7]

    Gibson G, Courtial J, Padgett M J, Vasnetsov M, Pas’ko V, Barnett S M, Franke-Arnold S 2004 Opt. Express 12 5448

    [8]

    Li F, Jiang Y S, Tang H, Wang H Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 6202 (in Chinese) [黎芳, 江月松, 唐华, 王海洋 2009 物理学报 58 6202]

    [9]

    Li F, Tang H, Jiang Y S, Ou J 2011 Acta Phys. Sin. 60 014204 (in Chinese) [黎芳, 唐华, 江月松, 欧军 2011 物理学报 60 014204]

    [10]

    Lü H, Ke X Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 8302 (in Chinese) [吕宏, 柯熙政 2009 物理学报 58 8302]

    [11]

    Gao M W, Gao C Q, He X Y, Li J Z, Wei G H 2004 Acta Phys. Sin. 53 413 (in Chinese) [高明伟, 高春清, 何晓燕, 李家泽, 魏光辉 2004 物理学报 53 413]

    [12]

    Garbin V, Volpe G, Ferrari E, Versluis M, Cojoc D, Petrov D 2009 New J. Phys. 11 013046

    [13]

    Davis L W 1979 Phys. Rev. A 19 1177

    [14]

    Gouesbet G, Maheu B, Grehan G 1988 J. Opt. Soc. Am. A 5 1427

    [15]

    Gouesbet G, Grehan G, Maheu B 1988 Appl. Opt. 27 4874

    [16]

    Gouesbet G, Grehan G, Maheu B 1990 J. Opt. Soc. Am. A 7 998

    [17]

    van de Nes A S, Pereira S F, Braat J J M 2006 J. Mod. Opt. 53 677

    [18]

    van de Nes A S, T? r? k P 2007 Opt. Express 15 13360

    [19]

    Abramowitz M, Stegun I A 1970 Handbook of Mathematical Functions (New York: Dover Publications) p146–155

    [20]

    van de Hulst H C 1981 Light Scattering by Small Particles (New York: Dover publications) p114–128

    [21]

    Poincelot P 1963 Precis d’Electromagnetisme Theorique (Paris: Dunod) p89–112

    [22]

    Mie G 1908 Ann. Phys. 330 377

    [23]

    Wu Z S, Yuan Q K, Peng Y, Li Z J 2009 J. Opt. Soc. Am. A 26 1778

    [24]

    Wu P, Han Y P, Liu D F 2005 Acta Phys. Sin. 54 2676 (in Chinese) [吴鹏, 韩一平, 刘德芳 2005 物理学报 54 2676]

  • [1]

    Allen L, Padgett M J, Babiker M, Wolf E 1999 Prog. Optics 39 291

    [2]

    Allen L, Beijersbergen M W, Spreeuw R J, Woerdman J P 1992 Phys. Rev. A 45 8185

    [3]

    Simpson N, Dholakia K, Allen L, Padgett M 1997 Opt. Lett. 22 52

    [4]

    O Neil A, Padgett M 2001 Opt. Commun. 193 45

    [5]

    Mair A, Vaziri A, Weihs G, Zellinger A 2001 Nature 412 313

    [6]

    Bouchal Z, Celechovsky R 2004 New J. Phys. 6 131

    [7]

    Gibson G, Courtial J, Padgett M J, Vasnetsov M, Pas’ko V, Barnett S M, Franke-Arnold S 2004 Opt. Express 12 5448

    [8]

    Li F, Jiang Y S, Tang H, Wang H Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 6202 (in Chinese) [黎芳, 江月松, 唐华, 王海洋 2009 物理学报 58 6202]

    [9]

    Li F, Tang H, Jiang Y S, Ou J 2011 Acta Phys. Sin. 60 014204 (in Chinese) [黎芳, 唐华, 江月松, 欧军 2011 物理学报 60 014204]

    [10]

    Lü H, Ke X Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 8302 (in Chinese) [吕宏, 柯熙政 2009 物理学报 58 8302]

    [11]

    Gao M W, Gao C Q, He X Y, Li J Z, Wei G H 2004 Acta Phys. Sin. 53 413 (in Chinese) [高明伟, 高春清, 何晓燕, 李家泽, 魏光辉 2004 物理学报 53 413]

    [12]

    Garbin V, Volpe G, Ferrari E, Versluis M, Cojoc D, Petrov D 2009 New J. Phys. 11 013046

    [13]

    Davis L W 1979 Phys. Rev. A 19 1177

    [14]

    Gouesbet G, Maheu B, Grehan G 1988 J. Opt. Soc. Am. A 5 1427

    [15]

    Gouesbet G, Grehan G, Maheu B 1988 Appl. Opt. 27 4874

    [16]

    Gouesbet G, Grehan G, Maheu B 1990 J. Opt. Soc. Am. A 7 998

    [17]

    van de Nes A S, Pereira S F, Braat J J M 2006 J. Mod. Opt. 53 677

    [18]

    van de Nes A S, T? r? k P 2007 Opt. Express 15 13360

    [19]

    Abramowitz M, Stegun I A 1970 Handbook of Mathematical Functions (New York: Dover Publications) p146–155

    [20]

    van de Hulst H C 1981 Light Scattering by Small Particles (New York: Dover publications) p114–128

    [21]

    Poincelot P 1963 Precis d’Electromagnetisme Theorique (Paris: Dunod) p89–112

    [22]

    Mie G 1908 Ann. Phys. 330 377

    [23]

    Wu Z S, Yuan Q K, Peng Y, Li Z J 2009 J. Opt. Soc. Am. A 26 1778

    [24]

    Wu P, Han Y P, Liu D F 2005 Acta Phys. Sin. 54 2676 (in Chinese) [吴鹏, 韩一平, 刘德芳 2005 物理学报 54 2676]

  • [1] 朱雪松, 刘星雨, 张岩. 涡旋光束在双拉盖尔-高斯旋转腔中的非互易传输. 物理学报, 2022, 71(15): 150701. doi: 10.7498/aps.71.20220191
    [2] 陈天宇, 王长顺, 潘雨佳, 孙丽丽. 利用全息法在偶氮聚合物薄膜中记录涡旋光场. 物理学报, 2021, 70(5): 054204. doi: 10.7498/aps.70.20201496
    [3] 梁德山, 黄厚兵, 赵亚楠, 柳祝红, 王浩宇, 马星桥. 拓扑荷在圆盘状向列相液晶薄膜中的尺寸效应. 物理学报, 2021, 70(4): 044202. doi: 10.7498/aps.70.20201623
    [4] 于涛, 夏辉, 樊志华, 谢文科, 张盼, 刘俊圣, 陈欣. 贝塞尔-高斯涡旋光束相干合成研究. 物理学报, 2018, 67(13): 134203. doi: 10.7498/aps.67.20180325
    [5] 余佳益, 陈亚红, 蔡阳健. 非均匀拉盖尔-高斯关联光束及其传输特性. 物理学报, 2016, 65(21): 214202. doi: 10.7498/aps.65.214202
    [6] 欧军, 江月松, 邵宇伟, 屈晓声, 华厚强, 闻东海. 均匀椭球粒子对拉盖尔-高斯光束的散射特性研究. 物理学报, 2013, 62(11): 114201. doi: 10.7498/aps.62.114201
    [7] 周国泉. 线偏振拉盖尔-高斯光束的远场发散特性. 物理学报, 2012, 61(2): 024208. doi: 10.7498/aps.61.024208
    [8] 黎芳, 唐华, 江月松, 欧军. 拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的螺旋谱特性. 物理学报, 2011, 60(1): 014204. doi: 10.7498/aps.60.014204
    [9] 崔学才, 连校许, 吕百达. 拉盖尔-高斯光束傍轴度的变化. 物理学报, 2011, 60(10): 104203. doi: 10.7498/aps.60.104203
    [10] 丁攀峰, 蒲继雄. 拉盖尔高斯涡旋光束的传输. 物理学报, 2011, 60(9): 094204. doi: 10.7498/aps.60.094204
    [11] 冯博, 甘雪涛, 刘圣, 赵建林. 光波场中多边位错向螺旋位错的转化. 物理学报, 2011, 60(9): 094203. doi: 10.7498/aps.60.094203
    [12] 欧军, 江月松, 黎芳, 刘丽. 拉盖尔-高斯光束在界面反射和折射的质心偏移特性研究. 物理学报, 2011, 60(11): 114203. doi: 10.7498/aps.60.114203
    [13] 任煜轩, 吴建光, 周小为, 付绍军, 孙晴, 王自强, 李银妹. 相位片角向衍射产生拉盖尔-高斯光束的实验研究. 物理学报, 2010, 59(6): 3930-3935. doi: 10.7498/aps.59.3930
    [14] 刘曼, 陈小艺, 李海霞, 宋洪胜, 滕树云, 程传福. 利用干涉光场的相位涡旋测量拉盖尔-高斯光束的轨道角动量. 物理学报, 2010, 59(12): 8490-8498. doi: 10.7498/aps.59.8490
    [15] 蒋云峰, 陆璇辉, 赵承良. 高度聚焦的余弦高斯光束对瑞利粒子的辐射力分析. 物理学报, 2010, 59(6): 3959-3964. doi: 10.7498/aps.59.3959
    [16] 吕宏, 柯熙政. 具有轨道角动量光束入射下的单球粒子散射研究. 物理学报, 2009, 58(12): 8302-8308. doi: 10.7498/aps.58.8302
    [17] 戴继慧, 郭 旗. 非局域非线性介质中光束传输的拉盖尔-高斯变分解. 物理学报, 2008, 57(8): 5001-5006. doi: 10.7498/aps.57.5001
    [18] 李 丰, 高春清, 刘义东, 高明伟. 利用振幅光栅生成拉盖尔-高斯光束的实验研究. 物理学报, 2008, 57(2): 860-866. doi: 10.7498/aps.57.860
    [19] 康小平, 吕百达. 非傍轴矢量拉盖尔-高斯光束的二阶矩表示. 物理学报, 2006, 55(9): 4563-4568. doi: 10.7498/aps.55.4563
    [20] 康小平, 何 仲, 吕百达. 矢量非傍轴厄米-拉盖尔-高斯光束的光束质量. 物理学报, 2006, 55(9): 4569-4574. doi: 10.7498/aps.55.4569
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-04
  • 修回日期:  2011-06-21
  • 刊出日期:  2012-03-05

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