米散射理论基础..
可利用经典的Mie散射理论计算给定波长
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利用经验公式简化计算
• 对于太阳辐射，计算某高度以上的某固定 波长的大气气溶胶的光学厚度： -0.75 τλ=0.08128λ （d/800）m/1013.25)
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HP为气溶胶标高，一般在1到1.4km范围， 1.2km是较合适的平均值
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z ( r , z ) r Qe exp( )n(r )drdz Hp z rmin
2
Ztop max
r
根据光学厚度的定义
学习感想
• 首先感谢杨老师布置这个作业，是一个很 好的学习机会。 • FORCHAN的初步学习 • ORINGIN绘图软件的初步使用 • 巩固了基础知识，对大气辐射有了更好的 认识。
谢谢
气溶胶粒子浓度高度分布
低层气溶胶浓度大主要源于地面由于重力沉降作 用，气溶胶浓度在对流层随高度增加呈指数减少， 平流层开始略有增加，在20km左右处出现一极 大值，称为荣格层。在10km以下粒子浓度随高 度的变化可按下式简单计算：
z Nz N 0exp( ) Hp
N 0 为某一参考高度上的粒子浓度
ztop
z
dz
利用散射效
率因子和散射截面的关系，可得到上式求得气溶胶的光 学厚度。 但是在实际大气中n(r)的变化很大，也缺乏各地各时的 资料，所以为了估算大气气溶胶的散射削弱系数，常用 下列近似的关系： βλ=Cλ-b
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• 对于太阳光的辐射 大气气溶胶散射的光学厚度为： τ λ，p（θ）=mτλ,p(0)
气溶胶光学厚度的计算
气溶胶的光学厚度是描述气溶胶光学特性 的一个基本的物理量。光学厚度指沿辐射 传输路径，单位截面上吸收和散射物质产 生的总削弱，是无量纲的量 已知粒子数浓度谱分布、高度分布和 复折射指数，可利用经典的Mie散射理论计 算给定波长（m） 处的
米散射理论在新型导光板中的应用
文章编号:100425929(2007)0420383205米散射理论在新型导光板中的应用①栗万里,叶 勤3,唐振方,陈永鹏(暨南大学物理系,广州,510632)摘 要:根据米散射理论,提出了新型导光板的设计思路,计算并分析了对于一定波长的入射光,不同粒径的微粒的散射特性。
总结了随着微粒粒径的变化,散射效率、消光效率与背向散射效率的变化规律,分析了散射过程中的偏振度随粒子粒径几散射角变化的情况,同时模拟计算了多个微粒对同一波长的入射光经过多次散射后的概率统计结果。
关键词:米散射理论;导光板;粒径;偏振度;消光效率中图法分类号:O43612 文献标识码:AApp lication of Mie S cattering T h eory in N ovel Light G uid e P lateL I Wan 2Li ,YE Qin ,TAN G Zhen 2fang ,CHEN Y ong 2peng(Depart ment of Physics ,Ji nan U niversity ,Guangz hou 510632)Abstract :Based on Mie Scattering Theory ,a thought for the design of a novel light guide plate was put forward 1Its scattering characteristic properties of particles with different diameters for the same entrance rays were calculated and analysesd 1The law of scattering efficiency extinction efficiency and backscattering efficiency has been summarized ,and polarization condition chang 2ing with scattering angle and diameter of particle in scattering processes has been disussed.At the same time ,the result of how the incident light with the same wavelength to be scattered by patticles was simulated in this paper 1K ey w ords :Mie scattering theory ,light guide plate (L GP ),diameter ,scattering引言与传统显示器相比,液晶显示器由于具有高画质、响应速度快、电磁辐射低、功耗低、重量轻、厚度薄等优点得到了日益广泛的应用,已经成为当今显示行业中的主流产品。
颗粒粒度检测技术综述
辽宁科技学院学报 第9卷文章编号:1008-3723(2007)03-0006-02颗粒粒度检测技术综述李红(辽宁科技学院自动控制系,辽宁本溪117022)摘要:文章对涉及各个领域的粒度检测方法进行了总结,介绍了机械法、波动特性法、电感应法等传统颗粒粒度测量技术的方法和原理,并介绍了色谱法、质谱法、数字图像处理测量法等近年来发展起来的颗粒粒度测量新方法。
关键词:颗粒;粒度;测量中图分类号:TP274 文献标识码:A 颗粒问题涉及到国民经济的各行各业,所以颗粒的粒度测量技术日益受到国内外研究学者的关注。
颗粒材料的许多重要特性是由颗粒的平均粒度及粒度分布等参数所决定的。
颗粒粒度测定的方法有很多,现已研制并生产了200多种基于不同工作原理的测量装置,并且不断有新的颗粒粒度测量方法和测量仪器研究成功。
1 颗粒粒度测量方法及原理1.1 机械法(1)筛分法颗粒粒度的测定方法中历史最长、最通行的离线测量方法是筛分法,它是借助人工或不同的机械振动装置,用一定大小筛孔的筛子将被测颗粒试样筛出若干个粒级,再分别称重,然后求得以质量分数表示的颗粒粒度分布。
筛分可用湿法,也可用干法操作。
按不同的标准有不同的筛系,目前国际上通行的筛系有美国TY LES筛系、美国AST M筛系、国际标准化组织I S O筛系、日本J I S筛系、英国BS筛系等。
筛分法测量主要用于粒径较大颗粒的测量,广泛用于测定0.04mm～100mm的粒度组成,一般干筛的分级粒度最小至0.1mm,0.04mm～0.1mm物料需用湿筛。
筛分法的优点在于其设备简单、操作简便、造价较低,应用较普遍。
缺点是操作较麻烦,在筛分操作过程中,颗粒有可能破损或断裂,造成测量误差。
(2)沉降法沉降法主要以郎白一比尔定律和斯托克斯公式为依据设计的仪器,其原理是颗粒悬浮于液体介质中,受重力作用逐渐沉淀(沉淀时间与粒径大小的平方成反比)从而引起光密度的变化,由此计算出粒径的大小分布。
揭示光的散射现象的米氏散射实验
揭示光的散射现象的米氏散射实验引言：光是一种电磁辐射，当光线遇到物体时，会发生散射现象。
光的散射是指光线在传播过程中与物体的微粒发生相互作用，改变了光线的方向。
散射现象不仅广泛应用于物理学研究，还存在于日常生活中。
米氏散射实验被广泛用于研究光的散射现象，并且在其他领域也有重要的应用。
一、米氏散射理论米氏散射理论由德国物理学家Gustav Mie在1908年建立。
该理论描述了一种特殊情况下光在微尺度物体表面散射的行为。
相比于其他散射理论，米氏散射理论适用于较大的物体和散射角较大的情况。
在该理论中，物体尺度与光波长相接近，同时散射角很大。
另外，该理论也适用于散射介质的折射率与真空中的光速比较大的情况。
二、米氏散射实验准备1. 实验器材准备：a. 激光器：选择一台连续激光器，因为散射体与光的相互作用是连续的，使用一束连续的光线可以得到更稳定的结果。
b. 散射体：选择符合米氏散射理论条件的物体，例如直径在光波长的数量级范围内的微粒，如钛白粉等。
确保散射体表面光滑均匀，以避免其他因素对散射结果的影响。
c. 探测器：使用一个高灵敏的探测器来记录散射光的强度。
常见的探测器有光电二极管和CCD相机等。
2. 实验环境准备：a. 实验室环境：米氏散射实验需要进行在控制环境中进行，避免外部光源或其他因素对实验结果的影响。
实验室应该保持相对暗的环境。
b. 光路设置：设置激光器、散射体和探测器的光路。
激光器将光线照射到散射体上，然后通过探测器记录散射光的强度。
确保光路稳定和准确，以获得可靠的实验数据。
三、米氏散射实验过程1. 实验设定：将散射体放置在光路上，使其暴露在激光器的光束中。
确保散射体与激光光束垂直，以获得最佳的散射结果。
调整探测器的位置和角度，使其能够接收到最大强度的散射光。
2. 数据收集：打开激光器并记录探测器收集到的光强度。
通过改变散射体的位置或旋转角度，记录不同条件下的散射光强度。
根据米氏散射理论，当散射角较大时，散射光强度与波长、散射方向和散射粒子尺寸等因素相关。
米散射计算程序
米散射计算程序1. 简介在地球物理勘探领域中，米散射被广泛应用于地下岩石介质的探测。
米散射是指在岩石介质中，以小角度入射的射线发生散射后，由于散射角度较小，散射后的能量主要是以高角度向前散射的现象。
本文将介绍米散射计算程序的原理、输入、输出以及应用实例等内容。
2. 原理米散射计算程序主要基于矢量散射理论。
在岩石介质中，射线的传播方向可以用三维矢量表示。
入射射线和散射射线之间的夹角可以表示为两个矢量的夹角。
利用矢量叉积的原理，可以求出散射弹道的方向。
由于矢量长度是随着入射角度改变而改变的，因此计算时需要考虑一系列的角度下的散射弹道。
3. 输入米散射计算程序的输入包括以下内容：（1）入射射线的方向：入射射线的方向用三维坐标表示，可以是直接输入坐标值，也可以是输入两个坐标点的坐标值进行计算。
（2）岩石介质的物理参数：包括密度、速度、衰减等参数。
（3）散射角度范围：散射角度范围是程序计算的主要参数之一，可以根据实际需求进行调整。
4. 输出米散射计算程序的输出包括以下内容：（1）散射射线的方向：散射射线的方向可以用三维坐标表示，输出结果可以是直接输出坐标值，也可以是输出两个坐标点的坐标值。
（2）散射系数：散射系数是反映岩石介质散射能力的一个参数。
散射系数越大，散射能力越强。
（3）径向分布函数：径向分布函数是反映散射射线在不同半径范围内的分布情况。
径向分布函数可以帮助理解米散射在各种介质中的应用特性。
5. 应用实例米散射计算程序具有广泛的应用价值。
在地球物理勘探中，它可以用于以下方面：（1）岩石介质的参数计算：在勘探前期，可以通过米散射计算程序计算出不同岩石介质的散射系数和径向分布函数，进而识别不同的地层。
（2）油气勘探：米散射计算程序可以帮助研究岩石介质对油气的储存和分布特性，从而辅助油气勘探。
（3）钻井工程：米散射计算程序可以帮助预测井眼内岩石介质的散射特性，从而帮助钻具的选择和钻井方案的制定。
6. 结论米散射计算程序是一种基于矢量散射理论的计算工具，可以用于岩石介质的探测、油气勘探和钻井工程等领域。
米散射理论基础
米散射(Mie scattering);又称粗粒散射”粒子尺度接近或大于入射光波长的粒子散射现象。
德国物理学家米(Gustav Mie,1868—1957)指出,其散射光强在各方向是不对称的，顺入射方向上的前向散射最强。
粒子愈大，前向散射愈强。
米散射当球形粒子的尺度与波长可比拟时，必须考虑散射粒子体内电荷的三维分布。
此散射情况下，散射粒子应考虑为由许多聚集在一起的复杂分子构成，它们在入射电磁场的作用下，形成振荡的多极子，多极子辐射的电磁波相叠加，就构成散射波。
又因为粒子尺度可与波长相比拟，所以入射波的相位在粒子上是不均匀的，造成了各子波在空间和时间上的相位差。
在子波组合产生散射波的地方，将出现相位差造成的干涉。
这些干涉取决于入射光的波长、粒子的大小、折射率及散射角。
当粒子增大时，造成散射强度变化的干涉也增大。
因此，散射光强与这些参数的关系，不象瑞利散射那样简单，而用复杂的级数表达，该级数的收敛相当缓慢。
这个关系首先由德国科学家G.米得出，故称这类散射为米散射。
它具有如下特点：①散射强度比瑞利散射大得多，散射强度随波长的变化不如瑞利散射那样剧烈。
随着尺度参数增大，散射的总能量很快增加，并最后以振动的形式趋于一定值。
②散射光强随角度变化出现许多极大值和极小值，当尺度参数增大时，极值的个数也增加。
③当尺度参数增大时，前向散射与后向散射之比增大，使粒子前半球散射增大。
当尺度参数很小时，米散射结果可以简化为瑞利散射；当尺度参数很大时，它的结果又与几何光学结果一致；而在尺度参数比较适中的范围内，只有用米散射才能得到唯一正确的结果。
所以米散射计算模式能广泛地描述任何尺度参数均匀球状粒子的散射特点。
19世纪末，英国科学家瑞利首先解释了天空的蓝色：在清洁大气中，起主要散射作用的是大气气体分子的密度涨落。
分子散射的光强度和入射波长四次方成反比，因此在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色彩光比绿、黄、橙和红色彩光为强，最后综合效果使天穹呈现蓝色。
米散射和分子散射
米散射和分子散射米散射和分子散射是物理学和材料科学中两种不同的散射现象。
米散射是由于一个大的物体或粒子与一个较小的物体或粒子相互作用时发生的散射现象。
而分子散射则是由于分子与其他分子或粒子相互作用而产生的散射现象。
米散射是指一个物体或粒子与一个较小的物体或粒子相互作用，并将小的对象分散到大的物体的表面上。
米散射的原理是基于物体之间的相互作用力，它可以用于研究颗粒物质的结构特征。
在工程应用中，米散射技术可用于粉末材料、微粒物质等领域。
米散射技术广泛应用于材料科学和地质学中。
在材料科学中，它可用于研究材料的电子和声子行为，并从中获得材料的结构信息。
同时，米散射也可应用于颗粒物质的束缚和自由状态的检测。
在地质学中，它可用于研究地下岩石和矿物质的结构和组成。
分子散射是指分子与其他分子或粒子相互作用而产生散射现象。
这种作用力通常是短距离的范德华力或库仑力，这种力的大小与距离的平方成反比。
分子散射是以分子的动力学为研究对象的。
与米散射不同，分子散射是一种分子动力学研究方法。
分子散射研究的分子通常是气体，在材料和物质科学中是一种重要的技术和研究方法。
分子散射技术主要用于研究分子结构和动力学特性，与材料科学、生物化学、药物研究密切相关。
分子散射的应用包括研究蛋白质结构和功能、药物的活性和它们与其他化合物的相互作用。
这种技术还可用于研究固体、液体和气体中的分子行为，并催生了全新的诊断设备，如基于分子散射的机器人影像检测。
虽然米散射和分子散射在散射现象和应用方面存在诸多差异，但两者都是研究物理学和材料科学中重要的技术和工具。
米散射和分子散射技术在颗粒物质和分子动力学研究方面都发挥了巨大的作用，并在材料、医药领域中得到了广泛的应用。
瑞利散射和米氏散射的主要差异-概述说明以及解释
瑞利散射和米氏散射的主要差异-概述说明以及解释1.引言文章1.1 概述散射是指当电磁波或粒子经过介质或粒子时，由于与介质或粒子的相互作用而改变传播方向或路径的现象。
在散射现象中，两种主要类型是瑞利散射和米氏散射。
瑞利散射和米氏散射在物理特性和应用方面存在一些显著的差异。
首先，瑞利散射是一种针对小尺寸颗粒或分子的散射现象。
当入射波的波长远大于颗粒或分子的尺寸时，瑞利散射发生。
这种散射主要由分子或小颗粒的碰撞所引起，导致入射波在所有方向上均匀地散射。
相比之下，米氏散射则是指入射波与中等尺寸颗粒相互作用的散射现象。
当入射波的波长与颗粒尺寸相当时，米氏散射发生。
米氏散射会引起入射波在特定方向上的增强或衰减，形成明显的散射模式。
其次，瑞利散射和米氏散射的特点也有所不同。
瑞利散射的强度与波长的四次方成反比，这意味着较短波长的入射波会更容易产生强烈的瑞利散射。
而米氏散射的强度与波长的平方成反比，这使得较长波长的入射波更容易产生强烈的米氏散射。
此外，瑞利散射和米氏散射对入射波的偏振状态也有不同的响应。
瑞利散射不会改变入射波的偏振状态，而米氏散射会导致入射波的偏振发生改变。
最后，散射现象在许多领域中具有重要的应用和意义。
瑞利散射和米氏散射的差异在遥感、气候研究、大气科学、通信技术等领域中都有广泛的应用。
通过研究和理解散射现象的特点和行为，科学家和工程师能够利用散射现象来获取关于颗粒尺寸、成分、分布等信息，从而推动相关领域的研究和发展。
总之，瑞利散射和米氏散射是两种不同类型的散射现象，它们在物理特性和应用方面存在显著的差异。
深入了解和研究这些差异，对于我们理解和应用散射现象具有重要的意义。
1.2 文章结构文章结构的主要内容如下：本文主要分为三大部分：引言、正文和结论。
在引言部分，我们将对瑞利散射和米氏散射进行概述，介绍它们的背景和特点，并明确本文的目的。
接下来，在正文部分，我们将详细探讨瑞利散射和米氏散射。
首先，我们将介绍瑞利散射的背景和特点，包括其产生机制和物理原理。
米散射理论基础
米散射（Mie scattering）; 又称“粗粒散射”。
粒子尺度接近或大于入射光波长的粒子散射现象。
德国物理学家米(Gustav Mie,1868—1957)指出, 其散射光强在各方向是不对称的,顺入射方向上的前向散射最强。
粒子愈大, 前向散射愈强。
米散射当球形粒子的尺度与波长可比拟时，必须考虑散射粒子体内电荷的三维分布。
此散射情况下，散射粒子应考虑为由许多聚集在一起的复杂分子构成，它们在入射电磁场的作用下,形成振荡的多极子,多极子辐射的电磁波相叠加，就构成散射波。
又因为粒子尺度可与波长相比拟，所以入射波的相位在粒子上是不均匀的，造成了各子波在空间和时间上的相位差。
在子波组合产生散射波的地方，将出现相位差造成的干涉。
这些干涉取决于入射光的波长、粒子的大小、折射率及散射角。
当粒子增大时，造成散射强度变化的干涉也增大。
因此，散射光强与这些参数的关系,不象瑞利散射那样简单,而用复杂的级数表达，该级数的收敛相当缓慢。
这个关系首先由德国科学家G.米得出，故称这类散射为米散射。
它具有如下特点：①散射强度比瑞利散射大得多，散射强度随波长的变化不如瑞利散射那样剧烈。
随着尺度参数增大，散射的总能量很快增加，并最后以振动的形式趋于一定值。
②散射光强随角度变化出现许多极大值和极小值，当尺度参数增大时，极值的个数也增加。
③当尺度参数增大时，前向散射与后向散射之比增大，使粒子前半球散射增大。
当尺度参数很小时，米散射结果可以简化为瑞利散射；当尺度参数很大时，它的结果又与几何光学结果一致；而在尺度参数比较适中的范围内，只有用米散射才能得到唯一正确的结果。
所以米散射计算模式能广泛地描述任何尺度参数均匀球状粒子的散射特点。
19世纪末，英国科学家瑞利首先解释了天空的蓝色：在清洁大气中，起主要散射作用的是大气气体分子的密度涨落。
分子散射的光强度和入射波长四次方成反比，因此在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色彩光比绿、黄、橙和红色彩光为强，最后综合效果使天穹呈现蓝色。
光的吸收、色散和散射
※ 在入射光作用下，原子或分子发生极化，并以入射光频率作受迫振 动，形成振动的电偶极子，从而发出次波
※ 在均匀介质中，这些次波叠加的结果使光只在折射方向继续传播下 去，而在其它方向上次波的干涉而相互抵消，没有出现光
或 dn
d
（6-21） （6-22）
一、正常色散 折射率随波长增加而减小的色散 ---正常色散
正常色散可以用科希（Canchy）公式来描写
n
A
B
2
C
4
（6-23）
通过三个波长实验测量3个n ---即可得A，B，C三个常数
对于波长间隔不太大时，可只取前两项：
n
A
B
2
（6-24）
dn
d
2B
3
（6-8） （6-9）
折射率 n 为复折射率
n2
r
1
1
Ne2
0m
1
02 2
i
同理 n 可写为
n n i
n2 n2 2 i2n
将（6-11）与（6-10）相对照，可得
n2 2 1 Ne2
0m
02 2 02 2 2 22
2n Ne2
0m
02 2 2 22
光束通过不均匀介质所产生的偏离原来传播方向而向四周散射的现象
散射分类： 1、k变化，波长不变
廷德尔散射 分子散射
瑞利散射，米氏散射
2、 k变化，波长也变化
Raman散射 Brillouin散射
廷德尔散射：液体、气体中悬浮粒子（包括尘埃）、大气中气溶胶、 烟雾等产生的散射
瑞利散射：颗粒大小< 1
mie理论小结
§1Rayleigh 散射与Mie散射天空呈蓝色和线偏振这两个特性在上个世纪曾经是很重要的科学之谜，最后由Rayleigh做出解释，Rayleigh注意到了产生这种散射的散射元并不是当时一般人们所认为的水或冰，而是气体分子本身造成这样的散射。
Rayleigh散射具有（1）散射光的强度和波长的四次方成反比，因此晴朗天空基本上是蓝色而不是太阳光的颜色；（2）散射光的空间分布与观测方向有一个简单的关系；（3）在散射的前半球和后半球具有相同的散射强度；（4）方向的散射光几乎是全偏振的。
空气分子的Rayleigh散射代表大气光路散射的最小值。
在低层大气，粒子的Mie散射处于主导地位，但平均来说，随着高度的增加，Mie散射的减小比Rayleigh散射快。
这是因为霾气溶胶的标高一般近似1Km，而恒常气体层的标高一般为6—9Km甚至更高。
因此除了几个稀薄的粒子层之外，气溶胶只在一个有限高度范围内分布，而Rayleigh散射却一直到很高的高度上仍有影响。
但到这样的高度，大气透明度已经很高了，故限制视程的主要原因是几何因子而不是光学因子。
[1]相对于云雾粒子，我们主要考虑这种由直径大于波长的0.03倍的粒子造成的散射，即Mie 散射。
从很小的粒子开始，当其半径相对于波长而言逐渐加大时，就逐渐发生从Rayleigh 散射向Mie散射的过度。
Mie散射具有（1）散射光强度随角度分布变得十分复杂，粒子相对于波长的尺度越大，分布越复杂。
（2）当粒子的尺度加大时，前向散射与后向散射之比随之增加，结果使前向散射的波瓣增大。
（3）当粒子尺度比波长大时，散射过程和波长的依赖关系就不密切了，这一点可以从云一般是发白的现象推测到。
白色的云和蓝色天空反映了两种不同类型的散射。
当r < 0.03时，Rayleigh 近似式和Mie 散射公式相比，误差在1％以内。
[1]§2单球的Mie 散射Mie 理论自1908年被提出，它给出了均匀介质球引起平面电磁波散射的精确解。
大气遥感第一章：大气遥感
4
学科体系
5
学习、研究的意义
❖ 辐射是地气系统与宇宙空间能量交换的唯一方式 ❖ 数值天气预报中需要定量化考察大气辐射过程 ❖ 辐射传输规律是大气遥感的理论基础 ❖ 气候问题——辐射强迫
r2
如：对表面积为
4πr2的球，
它的立体角为4πsr。
35
立体角
❖ 以发射体为中心的球坐标中，立体角定义为：
d rd rsind
d
d
r2
sin d d
❖ 是极坐标中的天顶角[0，90]
❖ 是方位角[0,360]
36
常用辐射量
辐射能量 Q 电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 ……
Lord Rayleigh
英国物理学家 1871：Rayleigh Scattering 瑞利散射：
尺度远小于入射光波长 的粒子所产生的散射现象。 分子散射强度与入射光的波 长四次方成反比, 且各方向的 散射光强度是不一样的。
11
简史—现代大气辐射学的理论基础
Gustav Mie (1868-1957) 德国物理学家 1908：Mie theory 米散射理论
性实际正是电磁辐射本质在不同方面的表现。
26
1.1.2 辐射的物理本质
自然界一切物体都时刻不停地以电磁波（电 场和磁场的交变波动）的形式向四周传递能 量，同时也接收外界投射来的电磁波，这种 能量传递的方式称为辐射。 以这种方式传递的能量，称为辐射能。
27
静止与极轨气象卫星监测沙尘的融合算法研究
静止与极轨气象卫星监测沙尘的融合算法研究曹广真;张鹏;胡秀清;陈林【摘要】The objective of this study was to integrate the advantages of multi-source remote sensing to monitor dust storms and better discriminate between regions where dust storms occur. Firstly, The traditional evidence theory algorithm was improved by not only considering the certainty of the evidence, but also considering the average level of support for the subsets of evidence in the discrimination framework in the process of evidence combination by reducing the conlfict between synthesized data. Then the algorithm is applied to the FY-2D/2E infrared difference dust index (IDDI) and the FY-3A dust strength index (DSI) to categorize the study region as either a dust storm area, non-dust storm area, or possible dust storm area. Finally, the result was validated and analyzed using the monitored data from ground stations. Both the accuracy and reliability of the dust monitoring results were considerably improved using our method.%为了综合应用静止气象卫星与极轨气象卫星沙尘监测的结果，更好地进行沙尘信息的判识，采用改进的证据理论方法，进行静止卫星FY-2D/2E红外差值沙尘指数（infrared difference dust index，IDDI）产品与极轨气象卫星FY-3A沙尘强度指数（dust strength index，DSI）沙尘监测产品的融合处理，划分沙尘发生过程中的有沙尘暴发生区、无沙尘暴发生区及可能沙尘暴发生区。
米氏散射理论
米氏散射理论一般光学是波动理论，也就是波粒二象性。
波粒二象性的发现者是波兰物理学家薛定谔。
1927年，他提出了新的波粒二象性——不仅可以用波动方程来描述电子的位置，还可以用一个包含时间和空间信息的波动方程来描述电子的运动。
这就是量子力学的理论基础，人们把它称为“薛定谔波动力学”。
1964年，奥地利维也纳大学的量子力学研究生保罗·狄拉克（ Paul E。
Dirac）与英国剑桥大学教授亨利·莫塞莱（ Henry Churchery）各自独立的用两种方法测量到了电子的轨道。
这是一个令人震惊的结果，因为在此之前，除了对玻尔模型的建立有所贡献外，薛定谔本人并没有做出过什么实质性的工作。
所以，电子的真实存在问题再次被提上日程。
人们认为，这是玻尔模型存在的最后证明。
1964年，美籍匈牙利科学家米尔斯（ H。
Mills）、法国科学家德布罗意（ Pierre de Broglie）、以色列科学家玻恩（ Robert von Born）因成功预言了“氢原子结构式”而共同获得诺贝尔物理学奖。
随后他们在得奖演说中提出：宇宙早期应该处于高温和高密度阶段，在那时的宇宙里产生了各种原子；随着宇宙冷却下来，各种原子都凝聚成固体。
但是，由于在最初的高温高密状态下，不同原子的凝聚是随机的，导致不同原子的振动频率相差悬殊，甚至不同原子的波长也不同，所以当时的原子结构是混沌的。
以后宇宙继续冷却，原子凝聚的条件趋向稳定，各种原子按照固定的模式排列起来，宇宙开始进入稳定的低密度阶段，从此形成我们看到的物质世界。
其实只要在一个两维空间里写上一个函数，然后再从一个二维空间里，一个复杂的公式解出，两个变量加在一起组成的一个三维坐标系，和一个四维的时间坐标系，然后再计算加速度。
那样的话，第三维就会全部消失。
现在你就已经知道了一个平面的弯曲效果。
接下来你就知道怎样来用这些三维坐标和四维的时间去表示二维的平面。
而你如果在一张纸上画一条线，它就会从右向左流向左边，你也知道怎样用这个图像去描述一个具体的运动。
mie式散射原理
mie式散射原理Mie scattering, also known as Mie theory or Mie scattering theory, is an important principle in the study of light scattering by particles. This theory, named after the German physicist Gustav Mie, provides a mathematical framework for understanding how light interacts with spherical particles of different sizes and compositions. Through the application of Mie scattering theory, researchers are able to predict and analyze the scattering patterns of light by particles, such as clouds, aerosols, and biological cells, with great precision.米氏散射，也被称为米氏理论或米氏散射理论，是研究颗粒光散射的重要原理。
这个理论以德国物理学家古斯塔夫·米耶的名字命名，为了解光如何与不同大小和组成的球形粒子互动提供了一个数学框架。
通过应用米氏散射理论，研究人员能够精确地预测和分析光通过云、气溶胶和生物细胞等颗粒的散射模式。
The basic concept behind Mie scattering is that when light strikes a particle, it interacts with the particle's electric field, leading to the generation of scattered light. Unlike Rayleigh scattering, which is more applicable to small particles relative to the wavelength of light,Mie scattering accounts for the size of particles, their refractive index, and the angle of incident light. By considering these factors, Mie scattering theory allows for a more comprehensive understanding of light scattering phenomena in a wide range of particle sizes and compositions.米氏散射背后的基本概念是，当光线撞击颗粒时，它与颗粒的电场相互作用，产生散射光。
米散射理论在新型导光板中的应用
的微 粒的散射特性 。总结 了随着微粒 粒径 的变化 ， 射效率 、 散 消光 效率与 背向散 射效率 的变化 规律 ， 分析 了散 射过程中的偏振度随粒子粒径几散射角变 化 的情况 ， 同时模拟 计算 了多个微 粒对 同～波 长 的入 射光
经 过多次散射后的概率统计结果 。
关键词 ： 米散 射理论 ； 导光板 ；粒径 ； 偏振度 ；消光效率
身不 具有 发光 性 能 ， 以液 晶显示器 需要 一个 背 所
光模 组 ， 常 见 的 背光 模 组 中 ， 背 光效 果 起 主 在 对
要 作用 的是导 光板 。导 光板 经历 了几 代 的发展 ， 它 一 般 分 为丝 网 印刷 导 光板 、 械雕 刻 导光 板 、 机
引言
背光 效果要 求 的提 高 ， 统 导光 板 已不能 满足 需 传 要 ， 于米 散射 理论 的新 型导 光 板是 一个 很好 的 基 发 展方 向［ 卜３。 Ｊ
１ 米 散射 理论 基础
与传 统 显示 器相 比 ， 晶显示器 由于具有 高 液 画质 、 应速 度快 、 响 电磁辐 射低 、 低 、 功耗 重量 轻 、 厚度 薄 等优点 得 到 了 日益 广泛 的应 用 ， 已经成 为
ｔ ｅＳｌ ｅｔ ｈ ａ ｌ ｉ ，ｈ ｅｕｔ ｆｈ ｗ ｈ ｃｄ ｎ ｉｈ ｔ ｈ ｍｅｗａ ｅｅ ｇ ｈ ｔ ｅｓａ ｔｒｄ ｂ Ｔ ｍｅ ｔ ｅｒｓ ｌ ｏ ｏ ｔ ｅｉ ｉｅ ｔｌ ｔｗｉ ｔ ｅｓ ｎ ｇ ｈ ａ ｖ ｌｎ ｔ ｏｂ ｃ ｔｅ ｅ ｙ
米 散 射 理 论 在 新 型 导 光 板 中 的 应 用
栗万里， 勤 唐 叶 ， 振方， 永 陈 鹏
（ 南 大 学 物 理 系 ， 州 ，１６ ２ 婚 广 ５０３ ）
雷达复习
第一章1. 简述单个球形粒子对雷达波散射的分类.2. 何谓Rayleigh 散射?简述其散射能流密度的特点.定义：当雷达波长一定后，散射粒子的散射取决于粒子直径与入射波长之比，d<<λ称为瑞利散射；特征：散射能流密度正比于1/λ4，即雷达波长越短，散射越强。
雷达波一定时，在满足瑞利散射时，粒子半径越大，散射越强。
3. 简述Mie 散射理论的应用范围.1用瑞利散射公式计算会产生误差，随着α增大，瑞利散射公式就不适用；2）米氏建立了包括“大”、“小”球形粒子在内的普遍的球形粒子散射理论，并导出了散射函数的表示式； 3） “大球”时,必须用米散射公式去处理才比较符合实际。
4. 简述雷达截面的意义及其在瑞利散射下的表达式. 5. 写出雷达反射率的定义及其表达式. 雷达反射率：瑞利散射条件下的雷达反射率：6. 写出瑞利散射条件下的雷达反射率因子及其表达的物理意义. 的绝大部分。
第二章1. 何谓衰减因子？简述其物理意义。
(1)假设没有考虑大气、云、降水等衰减时的平均回波率为1，则考虑大气、云、降水等衰减时的平均回波率的数值大小称为衰减因子K ，K<1；(2)物理意义：平均回波功率为1时的衰减后平均回波功率。
2. 何谓衰减系数？简述其物理意义并说明与衰减因子的关系。
物理意义：由于衰减作用,单位接收功率在大气中往返单位距离时所衰减掉的能量。
衰减系数的量纲:1/长度物理意义：要决定衰减因子K ，先要决定衰减系数k L 。
k L 是大气、云、降水等不同因子造成的总衰减系数。
3. 简述衰减因子的分贝表示法。
5. 简述云对雷达电磁波衰减的主要特点。
①由液滴组成的云的衰减随波长增加而迅速减小；②液态云的衰减还随温度减小而增加；③对于10cm 波长的雷达波，云的衰减很小，可忽略；④冰云的衰减要比液态云的衰减小2～3个量级。
*6. 简述雨对雷达电磁波衰减的主要特点。
1)单位降水强度的衰减系数K ’值除了与温度有关，还与波长有关；2）除波长λ=3.2cm 外，每一相同波长处不同谱型的K ’值很接近，没有因滴谱形式不同而出现很大差异；3）雨的衰减系数ktr 一般和降水强度I 近于成正比关系；4）λ=10cm 时，雨的衰减小到可以忽略，但K ’值随波长变小而很快增大，因此毫米波雷达一般不能用来测雨，而只用于测云；5）由于雨滴谱分布和降水强度经常是随空间变化的，故在雷达波束所经过的路径上每一段的衰减情况往往不相同。
米散射理论基础..
米散射（Miescattering）;又称“粗粒散射”。
粒子尺度靠近或大于入射光波长的粒子散射现象。
德国物理学家米(GustavMie,1868—1957)指出,其散射光强在各方向是不对称的,顺入射方向上的前向散射最强。
粒子愈大,前向散射愈强。
米散射当球形粒子的尺度与波长可比较时，一定考虑散射粒子体内电荷的三维分布。
此散射状况下，散射粒子应试虑为由很多齐集在一同的复杂分子构成，它们在入射电磁场的作用下,形成振荡的多极子,多极子辐射的电磁波相叠加，就构成散射波。
又因为粒子尺度可与波长对比较，所以入射波的相位在粒子上是不均匀的，造成了各子波在空间和时间上的相位差。
在子波组合产生散射波的地方，将出现相位差造成的干预。
这些干预取决于入射光的波长、粒子的大小、折射率及散射角。
当粒子增大时，造成散射强度变化的干预也增大。
所以，散射光强与这些参数的关系,不象瑞利散射那样简单,而用复杂的级数表达，该级数的收敛相当迟缓。
这个关系第一由德国科学家G.米得出，故称这种散射为米散射。
它拥有以下特色：①散射强度比瑞利散射大得多，散射强度随波长的变化不如瑞利散射那样激烈。
跟着尺度参数增大，散射的总能量很快增添，并最后以振动的形式趋于必定值。
②散射光强随角度变化出现很多极大值和极小值，当尺度参数增大时，极值的个数也增添。
③当尺度参数增大时，前向散射与后向散射之比增大，使粒子前半球散射增大。
当尺度参数很小时，米散射结果能够简化为瑞利散射；当尺度参数很大时，它的结果又与几何光学结果一致；而在尺度参数比较适中的范围内，只实用米散射才能获得独一正确的结果。
所以米散射计算模式能宽泛地描绘任何尺度参数均匀球状粒子的散射特色。
世纪末，英国科学家瑞利第一解说了天空的蓝色：在洁净大气中，起主要散射作用的是大气气体分子的密度涨落。
分子散射的光强度和入射波长四次方成反比，所以在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色彩光比绿、黄、橙和红色彩光为强，最后综合成效使天穹体现蓝色。
Mie理论简介
对流层大作业——Mie理论的理解与介绍学院：物理与光电工程学院班级：071261班学号：07126006姓名：彭甜指导老师：弓树宏摘要：本文首先推导了Mie散射理论的基本公式，从而可以精确的计算出散射光强与各项参数之间的关系。
其次用Mie理论对微球体颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算，得出了散射光分布与入射光波长、微球体颗粒半径以及微球体相对折射率之间的关系。
而后，分析了Mie散射与Rayleigh散射光分布图之间的趋近情况对比讨论了散射光光强大小的分布，分析了测量不同粒径的颗粒的可行性。
最后，全面的给出了Mie散射理论的应用领域。
目录摘要 (2)目录 (3)0前言 (4)1Mie散射的基本公式 (5)2用Mie理论对微球体颗粒光散射分析 (7)2.1入射光波长λ与光散射分布的关系 (7)2.2相对折射率m与散射光分布的关系 (8)2.3微球体颗粒半径与散射光分布的影响 (9)3分析比较Mie散射与Rayleigh散射光分布图 (11)4、Mie散射理论的应用 (13)4.1在生物组织上的应用 (13)4.2在医学上的应用 (13)4.4解释了天空为什么呈现蓝色等 (14)5参考文献 (15)0前言：光波通过透明介质时，由于介质的不均匀性，部分光波偏离原来的传播方向而向不同方向散开。
这一现象称为光的散射。
人类对光散射现象的认识经历了一个相当漫长的过程，法拉第、丁达尔、瑞利和爱因斯坦都对推动光散射理论的发展做出过贡献。
1908年，Gustav Mie通过对定态电磁波的麦克斯韦方程组求解，得到了均匀介质中球形颗粒对弹性波散射的严格解，得出了任意直径、任意成分的均匀粒子的散射规律。
这就是著名的米氏理论。
Mie散射理论在环保、能源、天文、气象、医学等领域得到了广泛应用，然而令人遗憾的是，它的解形式颇为复杂，只能通过对其中的无穷级数的有限项求和来实现对光散射中的各个物理量的数值计算。
另一方面，已经有许多学者致力于非球形颗粒散射特性的理论研究，并在某些方面取得了突破性进展。
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米散射（Mie scattering）; 又称“粗粒散射”。
粒子尺度接近或大于入射光波长的粒子散射现象。
德国物理学家米(Gustav Mie,1868—1957)指出, 其散射光强在各方向是不对称的,顺入射方向上的前向散射最强。
粒子愈大, 前向散射愈强。
米散射当球形粒子的尺度与波长可比拟时，必须考虑散射粒子体内电荷的三维分布。
此散射情况下，散射粒子应考虑为由许多聚集在一起的复杂分子构成，它们在入射电磁场的作用下,形成振荡的多极子,多极子辐射的电磁波相叠加，就构成散射波。
又因为粒子尺度可与波长相比拟，所以入射波的相位在粒子上是不均匀的，造成了各子波在空间和时间上的相位差。
在子波组合产生散射波的地方，将出现相位差造成的干涉。
这些干涉取决于入射光的波长、粒子的大小、折射率及散射角。
当粒子增大时，造成散射强度变化的干涉也增大。
因此，散射光强与这些参数的关系,不象瑞利散射那样简单,而用复杂的级数表达，该级数的收敛相当缓慢。
这个关系首先由德国科学家G.米得出，故称这类散射为米散射。
它具有如下特点：①散射强度比瑞利散射大得多，散射强度随波长的变化不如瑞利散射那样剧烈。
随着尺度参数增大，散射的总能量很快增加，并最后以振动的形式趋于一定值。
②散射光强随角度变化出现许多极大值和极小值，当尺度参数增大时，极值的个数也增加。
③当尺度参数增大时，前向散射与后向散射之比增大，使粒子前半球散射增大。
当尺度参数很小时，米散射结果可以简化为瑞利散射；当尺度参数很大时，它的结果又与几何光学结果一致；而在尺度参数比较适中的范围内，只有用米散射才能得到唯一正确的结果。
所以米散射计算模式能广泛地描述任何尺度参数均匀球状粒子的散射特点。
19世纪末，英国科学家瑞利首先解释了天空的蓝色：在清洁大气中，起主要散射作用的是大气气体分子的密度涨落。
分子散射的光强度和入射波长四次方成反比，因此在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色彩光比绿、黄、橙和红色彩光为强，最后综合效果使天穹呈现蓝色。
从而建立了瑞利散射理论。
20世纪初，德国科学家米从电磁理论出发，进一步解决了均匀球形粒子的散射问题，建立了米散射理论，又称粗粒散射理论。
质点半径与波长 接近时的散射，特点：粗粒散射与波长无关，对各波长的散射能力相同，大气较混浊时，大气中悬浮较多的的尘粒与水滴时，天空呈灰白色。
米散射理论是由麦克斯韦方程组推导出来的均质球形粒子在电磁场中对平面波散射的精确解。
一般把粒子直径与入射光波长相当的微粒子所造成的散射称为米散射。
米散射适合于任何粒子尺度,只是当粒子直径相对于波长而言很小时利用瑞利散射、很大时利用夫琅和费衍射理论就可以很方便的近似解决问题。
米散射理论最早是由G1 Mie 在研究胶体金属粒子的散射时建立的。
1908 年,米氏通过电磁波的麦克斯韦方程,解出了一个关于光散射的严格解,得出了任意直径、任意成分的均匀粒子的散射规律,这就是著名的米氏理论[4 -6 ] 。
根据米散射理论,当入射光强为I0 ,粒子周围介质中波长为λ的自然光平行入射到直径为D 的各向同性真球形粒子上时, 在散射角为θ,距离粒子r 处的散射光和散射系数分别为:从上式中可以看到,因为是各向同性的粒子,散射光强的分布和φ角无关。
同时,上式中:i1 、i2 为散射光的强度函数; s1 、s2 称为散射光的振幅函数; a 为粒子的尺寸参数( a =πD/λ) ; m = m1 +im2 为粒子相对周围介质的折射率,当虚部不为零时,表示粒子有吸收。
对于散射光的振幅函数,有:式中an 、bn 为米散射系数,其表达式为:其中:是半奇阶的第一类贝塞尔函数; 是第二类汉克尔函数; Pn (cosθ) 是第一类勒让德函数; P(1)n (cosθ) 是第一类缔合勒让德函数。
M ie 散射理论M ie 散射理论是麦克斯韦方程对处在均匀介质中的均匀颗粒在平面单色波照射下的严格数学解。
由M ie 散射知道, 距离散射体r处p点的散射光强为式中: λ为光波波长; I 0 为入射光强; I sca为散射光强; θ为散射角; ϕ为偏振光的偏振角。
式中:)(1θS 和)(2θS 是振幅函数; an 和bn 是与贝塞尔函数和汉克尔函数有关的函数; n π和n τ是连带勒让得函数的函数, 仅与散射角θ有关。
其中式中:)(αϕn 和)(αεn 分别是贝塞尔函数和第一类汉克尔函数; )(αϕ'n 和)(αε'n 是)(αϕn 和)(αεn 的导数; α为无因次直径, λπαD =, D 为颗粒的实际直径; λ是入射光的波长; m 是散射颗粒相对于周围介质的折射率, 它是一个复数, 虚部是颗粒对光的吸收的量化。
由以上公式可见,M ie 散射计算的关键是振幅函数)(1θS 和)(2θS , 它们是一个无穷求和的过程,理论上无法计算。
求解振幅函数的关键是计算an 和bn , 所以M ie 散射的计算难点是求解an 和bn 。
M ie 散射理论的数值计算通过以上分析可知, M ie 散射计算的核心是求解an 和bn , 我们编制程序也是围绕它进行编写。
在an 和bn 的表达式中)(αϕn ,)(αϕ'n,)(αεn 和)(αε'n满足下列递推关系:这些函数的初始值为;与散射角有关的)(αϕn 和)(αεn 满足下列递推公式:有了这些递推公式可以很方便地通过计算机程序求解。
但是对于n 的大小, 因为计算机不可能计算无穷个数据, 所以n 在计算之前就要被确定。
散射理论基础与Matlab 实现若散射体为均匀球体,如图1 所示,照射光为线偏振平面波,振幅为E ,光强I0 ,沿z 轴传播,其电场矢量沿x 轴振动。
散射体位于坐标原点O , P 为观测点。
散射光方向( OP 方向) 与照射光方向( z 轴) 所组成的平面称为散射面,照射光方向至散射光方向之间的夹角θ称为散射角,而x 轴至OP 在xy 平面上投影线( OP ′) 之间的夹角φ称为极化角。
观测点与散射体相距r 。
根据经典的Mie 散射理论,散射粒子的尺度参数为α = 2πa/λ,其中a 为球形粒子的半径,散射粒子相对周围介质的折射率为m = m1 +i *m2 。
则散射光垂直于散射面和平行于散射面的两个分量的振幅函数为:以上式中：J n+1/ 2 ( z ) 和Y n+1/ 2 ( z ) 分别为半整数阶的第一类,第二类贝塞尔函数。
P(1)n (cosθ) 为一阶n 次第一类缔合勒让德函数; Pn (cosθ) 为第一类勒让德函数。
在数值模拟过程中选取初始下:微粒子对光的散射和吸收是电磁波与微粒子相互作用的重要特征,而微粒对电磁辐射的吸收与散射与粒子的线度有密切关系,对于不同线度的粒子必须应用不同的散射理论。
Mie 散射理论主要用于从亚微米至微米的尺寸段;在微米以下至纳米的光散射则近似为形式更明晰简单的瑞利散射定律,散射光强烈依赖于光波长λ( I～λ- 4) ;而对大于微米至毫米的大粒子则近似为意义明确的夫朗和费衍射规律了。
Mie散射理论给出了球型粒子在远场条件下的散射场振幅an 、bn 以及粒子内部电磁场振幅cn 、dn 的计算表达式,通常称为Mie 散射系数式中m 表示微粒子外部介质的相对折射率,x =κa ,a 为球的半径,κ= 2π/λ称为波数,μ为相对磁导率,即球的磁导率与介质磁导率的比值,j n(x)和h (1)n(x)分别为第一类虚宗量球Bessel 函数和Hankell 函数。
散射系数,消光系数及偏振状态下散射相位函数：散射截面σsca(散射率Q sca)、吸收截面σabs (吸收率Q abs)、消光截面σext (消光率Q ext)、后向散射截面σb (后向散射率Q b) 以及辐射压力σpr (辐射压力效率Q pr) 。
其表达式如下:其中i 为sca 、abs、ext 、pr 分别表示散射、吸收、消光、辐射压力。
按照能量守恒定律有:Q pr（辐射压力效率的计算公式）:Q b（后向散射系数）：这些都是无穷级数求和,在实际计算过程中必须取有限项,Bohren 和Huffman 给出了级数项最大值取舍的标准:对于单位振幅入射波经微粒散射后,其散射场振幅的大小与散射角有关,在球坐标系下,远场散射振幅的大小为:其中S1 和S2 为散射辐射电场在垂直及平行于散射面的两个偏振分量。
微球内部场振幅计算公式颗粒内部电场强度为:其中M(1)o1n和N (1)e1n为矢量波球谐函数,在球坐标系中定义如下:吸收截面Q abs具有损耗介质颗粒的吸收截面为：其中ε″是粒子相对介电常数的虚部,经整理可得:式中m n、n n为:实际上由Mie 散射理论可知,上式中的积分项为电场强度的平方对角度θ、φ全空间积分的平均值,即:于是吸收效率为:式中x ′= rk = z/ m 。
当x n 1 时即瑞利散射情况,颗粒的内部平均场强为常数,其值为:Improved Mie scattering algorithms W.J.WiscombeMie 计算存在的问题就是如何最有效地构造Mie 计算，同时保证准确性和避免数值的不稳定性和病态。
Mie 计算以耗时著称，首先无穷项级数N 的求和，例如：100m μ的水滴在0.5m μ的可见光散射情况下，大约需1260项求和。
其次，典型的计算都希望能对一系列半径（如对尺寸分布求积分）、一系列波长（如对太阳光谱求积分）及一系列折射率求和（如通过散射参量反推折射率）。
当折射率虚部m Im 很大时，用向后循环法求An 很不稳定。
而向前递推总是稳定的（但向后递推安全时，总是优先选择，因为其计算速度很快）。
得出允许向后递推的经验标准：用正确的向前地推与相对应的向后地推做比较，当发现对和g 的相对误差超过10-6时，认为计算失败。
对于一对确定的(x,m Re )，我们采用向后递推寻找第一个循环失败的研究表明：对于确定的，，的值随着x 的增加很快趋向于一个确定值。
对如果在任意角度下1S 、2S 的实部和虚部的相对误差超过510-时，认为对1S 和2S 的向后递推失败。
（而此时，sca Q ext Q 并不受影响，因为当1S ，2S 的相对误差达到510-时，sca Q ext Q 的相对误差总维持在1010-以下。
）对1S 和2S对散射强度和偏正度连分式算法总结：Mie 散射计算的核心是计算an 和bn其中ψn (α) =αJ n (α) , ξn (α) =αJ n (α) + iαY n (α) ,J n 和Y n 分别是第一和二类贝塞耳函数,α称为当量直径,α= 2πr/λ, r是球形颗粒的真实半径,λ是入射光的波长, m 为折射率式中ρ为函数任一自变量。
贝塞耳函数递推关系式：Mie 散射计算中J n 、Yn 、Dn 的计算是关键和难点。