Компьютерное моделирование процессов рассеяния оптического излучения аэрозольными средами

Одно из важных направлений в области оптического приборостроения — развитие технологий симуляции оптических процессов в произвольной дисперсной среде. Это позволит в будущем отказаться от физических испытаний с использованием дорогостоящего оборудования в пользу компьютерной симуляции эксперимента. В работе представлены результаты моделирования процессов рассеяния оптического излучения аэрозольными средами с использованием метода конечных элементов. Приведен алгоритм построения модели со следующими исходными условиями: радиус сферической частицы дистиллированной воды — 1 мкм, длина волны падающего оптического излучения — 0,6328 мкм, окружающая частицу среда — воздух. На основе модели разработана компьютерная программа, позволяющая, помимо автоматизации виртуального эксперимента, создавать случайное расположение частиц с изменением их геометрической формы и размеров в заданных пределах. Представлены модельные зависимости интенсивности излучения от углов рассеяния для одной частицы и их группы. Полученные результаты симуляции прохождения светового луча сквозь дисперсную среду и анализа индикатрисы рассеяния группой частиц могут быть использованы для проектирования требуемой конструкции детекторов (фотодатчиков) и определения минимального количества фотоприемных устройств при измерении параметров исследуемой среды.

1. Маслов В. П., Федорюк М. В. Квазиклассическое приближение для уравнений квантовой механики. — М.: Наука, 1976. — 296 с.

2. Лопатин В. Н., Приезжев А. В., Апонасенко А. Д. и др. Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред. — М.: Физматлит, 2004. — 384 с.

3. Akkermans E., Wolf P., Maynard R. Coherent backcattering of light by disordered media: analysis of the peak line shape / Phys. Rev. Lett. 1986. Vol. 56. N 14. P. 1471 – 1474.

4. Солимено С., Крозиньяни Б., Ди Порто П. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения / Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 664 с.

5. Drake R. M., Gordon J. E. Mie scattering / The American Journal of Physics. 1985. Vol. 53(10). Oct. 1. P. 955 – 963.

6. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами / Пер. с англ. — М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1961. — 536 с.

7. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами / Пер. с англ. — М.: Мир, 1986. — 660 с.

8. Лопатин В. Н., Сидько Ф. Я. Введение в оптику взвесей клеток. — Новосибирск: Наука, 1988. — 240 с.

9. Lopatin V. N., Shepelevitch N. A., Lopatin V. V. The use of Wentzel – Kramers – Brillouin approximation for the solution of inverse light scattering problem / Proc. International Workshop «Electromagnetic and light scattering: theory and application». — Moscow, 1997. P. 67 – 70.

10. Mishchenko M. L., Hovenier J. W., Travis L. D. Light scattering by nonspherical particles. — San Diego: Academic Press, 2000. — 690 p.

11. Mishchenko M. L., Hovenier J. W. Depolarization of light backscattered by randomly oriented nonspherical particles / Optics Lett. 1995. Vol. 20. N 12. P. 1356 – 1358.

12. Загороднюк В. Т., Семенов В. В. Модель рассеяния оптического излучения угольной пылью / Изв. вузов. Сев.-кав. регион. Тех. науки. 2001. № 2. С. 19 – 20.

13. Семенов В. В. Результаты компьютерного моделирования оптических пылемеров для контроля угольной пыли / Изв. вузов. Сев.-кав. регион. Тех. науки. 2001. № 3. С. 23 – 24.

14. Семенов В. В., Асцатуров Ю. Г., Фетисов В. М., Ханжонков Ю. Б. Разработка системы проектирования абсорбционных пылемеров / Изв. вузов. Сев.-кав. регион. Тех. науки. 2004. Прил. 6. С. 121 – 126.

15. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2012618319 от 14.09.2012. Расчет параметров рассеяния и ослабления излучения пылью / Семенов В. В.; заявка № 2012616394 от 27.07.2012.

16. Беляев С. П., Никифорова Н. К., Смирнов В. В. и др. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей. — М.: Энергоиздат, 1981. — 232 с.