微纳粒子光散射特性及其逆问题研究

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散射是光波与物质相互作用的最普遍形式,散射光场可作为搜集微观或宏观物质结构信息的重要信息源。散射过程分为弱散射与强散射,对散射光场的探测又区分远场区域与近场区域,这些不同的范畴对应散射光携带完全不同的信息,因此在光数据存储、纳米光学的精细研究、非线性高分辨率显微镜、纳米等离子学、先进的荧光成像等领域都应用了微纳粒子的光散射。本文对弱散射的远场光谱特性和微粒近场强散射与反演这两个典型问题进行了系统的研究。对于在微米尺寸的粒子上发生的弱散射的远场光谱特性,基于一阶Born近似散射模型并结合统计光学的理论工具,分析了光场在时间域中与频率域中的二阶相关特性,并深入研究特殊的光谱重现现象,即交叉谱纯特性,在研究标量光场的基础上,首次进一步分析了矢量光场的情况,推导出矢量散射过程中保持交叉谱纯性对入射光场、散射介质、观察区域的限制条件,可为散射光场的交叉谱纯特性的实际应用提供理论支撑。对于纳米微粒近场散射与反演问题,基于准静态近似研究了光-微粒近场表面模式及该模式在基底中的辐射过程。采用球谐函数多极展开及其角谱表示法、散射的T矩阵法对光场进行解析推导,有效简化了推演过程。提出了反演光场的偶极系数法进行数值计算,通过对强聚焦光场的数值仿真,并与理论结果进行对比,验证了该方法的有效性,该结果有望用于微纳粒子散射的实际应用领域中。
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