沈建琪, 邱俊程

(上海理工大学 理学院,上海 200093)

微球内部电磁场的Mie理论数值计算

沈建琪, 邱俊程

(上海理工大学 理学院,上海 200093)

采用Mie散射理论对平行光束与微球颗粒相互作用的内部场进行严格的描述并进行数值计算.对吸收性微球颗粒内部场进行数值计算时,如果粒径及折射率虚部较大,其径向函数会出现数据溢出,从而导致计算失败,得出不合理的计算结果.通过引进径向函数的变形,提出了一种克服数据溢出的算法,将径向函数的数值控制在合适的范围以内.通过数值计算得到了合理的结果,证明该算法克服了数据溢出,可以稳定地计算各种平行光照射下的微球颗粒内部场.

Mie理论; 内部场; 数值计算

球形颗粒与平面电磁波(平行光)的相互作用可以通过Maxwell方程组得到严格解,即Lorenz Mie理论[1-2].随着微光学技术的不断发展,人们对微球内部电磁场及其分布的研究越来越重视.微球内部电磁场分布在微激光的研制、医学应用等领域具有重要价值[3-5].对微球内部电磁场的数值计算是研究微球内部电磁场分布及其谐振机制、热效应等特性的基础,涉及到球坐标系中的特殊函数计算,包括对Bessel函数和缔合勒让德函数的计算.非耗散性微球的折射率为实数,内部电磁场的数值计算相对容易.但耗散性微球的折射率为复数,对应的数值计算比较困难,需要克服数据溢出的问题.现有文献主要针对粒径较小和非耗散性(或弱耗散)微球内……