本书主要介绍粒子光散射的基础理论及其应用，包括粒子光散射研究的最新进展，在球坐标系、椭球坐标系和圆柱坐标系下规则形状粒子对平面波散射的基础理论，任意形状（包括不规则形状）粒子对平面波散射的近似理论和数值方法，利用DDA数值计算方法计算球形粒子、椭球形粒子、非球形粒子和任意团聚形粒子的散射特性，激光在随机分布粒子中的传输与散射特性，以及冰晶粒子云层的激光传输特性及应用等内容。本书重点介绍了基本物理概念和各种理论之间的相互联系，数学推导简明扼要，附有典型粒子平面波散射运算程序，可供高等院校高年级本科生、研究生，以及电子科学与技术、电子信息工程、电磁与无线技术、光学工程、通信与信息系统等领域的工程技术人员阅读和参考。
王明军，男，博士，现为西安理工大学自动化与信息工程学院教授（三级），硕士/博士生导师，曾获陕西省杰青基金、陕西省高层次人才特支计划、陕西省中青科技领军人才、陕西省青年科技奖、陕西省青年科技新星等荣誉称号。2001年陕西理工大学获学士学位，2004年和2008年西安电子科技大学获理学硕士和博士学位，2009年至2016年，分别在美国佛罗里达州立大学做访问学者，西北工业大学和西安理工大学进行博士后研究。曾获省部级科技成果奖3项，厅局级科技成果奖8项。先后主持和参与各类科研项目26项，其中包括国家自然科学基金、总装预研重点/一般项目、国防973项目子课题、国家863专项、陕西省重大产业链项目、陕西省自然科学基金等。在科学出版社出版学术著作2部，在国内外核心期刊上发表论文191篇，在Optics Express， IEEE A P，J. Opt. Soc. Am. A、Applied Physics B，中国科学等期刊上且被SCI和EI收录论文133篇，CPCI-S收录27篇。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 粒子光散射研究的进展 3
1.2.1 粒子对平面波散射研究的进展 3
1.2.2 粒子对激光散射研究的进展 5
第2章 规则形状粒子对平面波的散射 9
2.1 矢量波函数 9
2.1.1 矢量波动方程的基本解 9
2.1.2 球坐标系中的矢量波函数 12
2.1.3 圆柱坐标系中的矢量波函数 14
2.2 规则形状粒子的平面波散射理论 15
2.2.1 米氏散射理论 15
2.2.2 椭球形粒子对平面波的散射 22
2.2.3 圆柱形粒子对平面波的散射 26
第3章 任意形状粒子对平面波的散射 31
3.1 近似理论 31
3.1.1 瑞利散射理论 31
3.1.2 玻恩近似 36
3.1.3 WKB近似 37
3.2 数值方法简介 39
3.2.1 T矩阵法 40
3.2.2 FDTD法 45
3.2.3 矩量法 46
第4章 粒子散射特性的DDA数值计算方法 49
4.1 DDA法 49
4.2 球形和椭球形粒子的散射特性DDA数值计算 54
4.2.1 中间混合层折射率 54
4.2.2 单个球形核壳结构冰晶粒子的散射特性 57
4.2.3 单个椭球形核壳结构冰晶粒子的散射特性 64
4.3 非球形粒子的散射特性DDA数值计算 80
4.3.1 有效尺寸对六角平板与六角棱柱冰晶粒子散射特性
的影响 80
4.3.2 有效尺寸对六角平板与六角棱柱冰晶粒子散射强度
的影响 81
4.3.3 非球形核壳结构冰晶粒子的散射特性 82
4.4 任意团聚形粒子的散射特性DDA数值计算 93
4.4.1 多球团聚形核壳结构冰晶粒子的散射特性 94
4.4.2 非球形团聚形核壳结构冰晶粒子的散射特性 99
4.4.3 多形团聚形核壳结构冰晶粒子的散射特性 106
第5章 激光在随机分布粒子中的传输与散射特性 110
5.1 激光的辐射传输方程及解法 110
5.1.1 辐射传输方程 110
5.1.2 辐射传输的近似处理 114
5.1.3 辐射传输方程的数值解法 115
5.1.4 基于逐次散射法的探测模型 117
5.2 均匀平面平行卷云的激光传输和散射特性 121
5.2.1 复杂大气背景的物理特性 121
5.2.2 基于逐次散射法的激光传输模型 123
5.2.3 激光高空与低空单程传输模型计算 126
5.2.4 卷云厚度对激光传输和散射的影响 129
5.3 均匀球形边界卷云的激光传输和散射特性 131
5.4 两种边界非均匀卷云的激光传输和散射特性 133
第6章 冰晶粒子云层的激光传输特性及应用 135
6.1 冰晶粒子、冰云及其散射特性 135
6.1.1 冰晶粒子光散射研究概述 136
6.1.2 冰晶粒子的散射特性 146
6.1.3 冰云的散射特性 162
6.2 多层云的激光传输与散射特性 164
6.2.1 大气中云层的垂直分布 164
6.2.2 双层云激光单程传输应用模型 166
6.2.3 三层云激光单程传输应用模型 168
6.3 冰云背景下的激光双程传输应用模型 171
附录A 米氏散射理论程序 178
附录B 椭球形粒子平面波散射运算程序 184
附录C 圆柱形粒子平面波散射运算程序 193
参考文献 195
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