Kódy pro elektromagnetický rozptyl koulí - Codes for electromagnetic scattering by spheres

Kódy pro elektromagnetický rozptyl koulí - v tomto článku je uveden seznam kódů pro elektromagnetický rozptyl homogenní koulí, vrstvenou koulí a shlukem koulí.

Techniky řešení

Většina stávajících kódů pro výpočet elektromagnetického rozptylu jednou koulí je založena na Teorie Mie což je analytické řešení Maxwellových rovnic z hlediska nekonečných řad. Další aproximace k rozptylu jednou koulí zahrnují: Série Debye, sledování paprsku (geometrická optika ), sledování paprsků včetně účinků interference mezi paprsky, Vzdušná teorie, Rayleighův rozptyl, difrakční aproximace. Existuje mnoho jevů souvisejících s rozptylem světla sférickými částicemi, jako jsou rezonance, povrchové vlny, plazmony, rozptyl blízkého pole. I když teorie Mie nabízí pohodlný a rychlý způsob řešení problému rozptylu světla pomocí homogenních sférických částic, existují i ​​jiné techniky, jako je diskrétní dipólová aproximace, FDTD, T-matice, které lze také použít pro tyto úkoly.[1]

Klasifikace

Kompilace obsahuje informace o elektromagnetickém rozptylu sférickými částicemi, příslušných odkazech a aplikacích.[2]

Kódy pro elektromagnetický rozptyl jedinou homogenní sférou

RoknázevAutořiReferenceJazykStručný popis
1983BHMIE [3]Craig F. Bohren a Donald R. Huffman[1]

Fortran IDLMatlab C Krajta

„Mie řešení“ (nekonečná řada) k rozptylu, absorpci a fázové funkci elektromagnetických vln homogenní sférou.
2002MiePlot [4]Philip Laven[5]Visual BasicMiePlot nabízí následující matematické modely pro rozptyl světla koulí: řešení Mie, řada Debye, sledování paprsků (na základě geometrické optiky), sledování paprsků včetně účinků interference mezi paprsky, Airyova teorie, Rayleighův rozptyl, difrakce, povrchové vlny . Kromě výpočtů s jedinou vlnovou délkou může MiePlot provádět také výpočty pro některé vlnové délky, čímž se aproximuje spojité spektrum (například sluneční světlo) a vytváří simulace atmosférických optických efektů, jako jsou duhy, korony a sláva.
2003Mie_Single atd.Gareth Thomas a Don Grainger[6]IDLSub-Department of Atmospheric Oceanic and Planetary Physics na University of Oxford udržuje archiv Mieho rozptylových rutin jak pro jednotlivé sféry, tak pro populace částic, ve kterých velikosti následují normální log rozdělení. Tento kód je také k dispozici pro výpočet analytických derivací Mieho rozptylu (tj. Derivace koeficientů zániku a rozptylu a funkcí intenzity s ohledem na parametr velikosti a komplexní index lomu). Rutiny jsou zapsány IDL, ale k dispozici je také verze DLM založená na Fortranu (která podstatně snižuje dobu běhu) kódu s jednou sférou.

Kódy pro elektromagnetický rozptyl vrstvenou koulí

Algoritmická literatura obsahuje několik příspěvků[7][8][9][10]

RoknázevAutořiČjJazykLicenceStručný popis
1981DMILAYOwen B. Toon a T. P. Ackerman[9]FortranNení zadána žádná licence, ale otevřený zdroj (public domain)Rozptyl stratifikovanou sférou (částice se sférickým jádrem obklopeným sférickým obalem).

Data kódu z roku 1968 jsou k dispozici zde:[11]

1983BHCOATCraig F. Bohren a Donald R. Huffman[1]FortranNení zadán, ale otevřený zdroj (public domain přes [1])„Mie řešení“ (nekonečná řada) k rozptylu, absorpci a fázové funkci elektromagnetických vln pomocí homogenních koncentračních skořápek.
1997BART [12]A. Quirantes[13]FortranOpen source (vlastní licence)Na základě teorie Aden – Kerker pro výpočet vlastností rozptylu světla pro potažené sférické částice
2004MjcLscCoatSph[14]M. JonaszGUI / WindowsVlastní / uzavřený zdrojTento program vypočítává parametry rozptylu, absorpce a útlumu, stejně jako úhlové vzorce rozptylu jedné potažené koule podle teorie Aden-Kerker.
2007L. Liu, H. Wang, B. Yu, Y. Xu, J. Shen[15]CNeznámýRozptyl světla potaženou koulí (účinnost extinkce, účinnost rozptylu, intenzita rozptylu světla)
2009-2016scattnlay[16] v2.0[17]O. Pena, U. Pal, K. Ladutenko[18]C ++ a PythonGPLv3Rozptyl světla z vícevrstvé koule na základě algoritmu W Yang.[19] Velmi robustní a stabilní, pomalejší než Toon a Ackerman. Vyhodnoťte integrální parametry a úhlové obrazce, zjednodušte vykreslování blízkého pole a toku energie. Má možnost kompilace k použití Zvyšte vícenásobnou přesnost pro vyšší přesnost.

Součástí balíčku je webová aplikace, dostupný online na webových stránkách Katedry fyziky a inženýrství na ITMO University.

Kódy pro elektromagnetický rozptyl seskupením koulí

RoknázevAutořiReferenceJazykStručný popis
1998-2003GMMYu-lin Xu a Bo A. S. Gustafson[20]FortranKódy, které vypočítávají přesně elektromagnetický rozptyl agregací koulí v jedné orientaci nebo v průměru přes jednotlivé orientace.
2013MSTMD. W. Mackowski[21]FortranKódy, které přesně vypočítávají elektromagnetický rozptyl agregací koulí a koulí v koulích pro složité materiály. Funguje také paralelně.
2015py_gmmG. Pellegrini[22]Python + FortranPython + Fortran 90 implementace metody Generalized Multiparticle Mie, zvláště vhodná pro plazmoniku a výpočty v blízkém poli.
2017CELESA. Egel, L. Pattelli a G. Mazzamuto[23]MATLAB + CUDABěží na grafických kartách NVIDIA s vysokým výkonem v mnoha sférách.

Příslušné rozptylové kódy

externí odkazy

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Bohren, Craig F. a Donald R. Huffman, Absorpce a rozptyl světla malými částicemi, New York: Wiley, 1998, 530 s., ISBN  0-471-29340-7, ISBN  978-0-471-29340-8 (druhé vydání)
  2. ^ Wriedt, T. (2009). „Teorie rozptylu světla a počítačové kódy“. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 110 (11): 833–843. Bibcode:2009JQSRT.110..833W. doi:10.1016 / j.jqsrt.2009.02.023.
  3. ^ Tento kód je udržován jako součást scatterlib a lze jej stáhnout z http://scatterlib.wikidot.com/mie
  4. ^ Program MiePlot lze stáhnout z http://www.philiplaven.com/mieplot.htm
  5. ^ Philip Laven, „Simulace duh, koron a slávy pomocí teorie Mie“, Applied Optics Vol. 42, 3, 436-444 (leden 2003) a různé další publikované práce (všechny k dispozici na http://www.philiplaven.com/Publications.html ).
  6. ^ Grainger, R.G .; Lucas, J .; Thomas, G.E .; Ewan, G. (2004). "Výpočet Mie derivátů". Appl. Opt. 43 (28): 5386–5393. Bibcode:2004ApOpt..43,5386G. doi:10,1364 / AO.43.005386. PMID  15495430.
  7. ^ Mackowski, D.W .; Altenkirch, R. A .; Menguc, M. P. (1990). "Vnitřní absorpční průřezy ve stratifikované sféře". Aplikovaná optika. 29 (10): 1551–1559. Bibcode:1990ApOpt..29,1551 mil. doi:10,1364 / ao.29.001551. PMID  20563039.
  8. ^ Yang, W (2003). "Vylepšený rekurzivní algoritmus pro rozptyl světla vícevrstvou sférou". Aplikovaná optika. 42 (9): 1710–1720. Bibcode:2003ApOpt..42.1710Y. doi:10,1364 / ao.42.001710. PMID  12665102.
  9. ^ A b Toon, O. B .; Ackerman, T. P. (1981). "Algoritmy pro výpočet rozptylu podle stratifikovaných sfér". Aplikovaná optika. 20 (20): 3657–3660. Bibcode:1981ApOpt..20.3657T. doi:10,1364 / ao.20.003657. PMID  20372235.
  10. ^ Liu, L .; Wang, H .; Yu, B .; Xua, Y .; Shen, J. (2007). "Vylepšený algoritmus rozptylu světla potaženou koulí". Čína Particuologie. 5 (3): 230–236. doi:10.1016 / j.cpart.2007.03.003.
  11. ^ http://www.atmos.washington.edu/~ackerman/Mie_code/rtpmie.ackerman.dmiess.f
  12. ^ /http://www.ugr.es/~aquiran/ciencia/codigos/bart.f
  13. ^ A Quirantes a A V Delgado, Rozptyl světla suspenzí potažených sférických částic: účinky polydisperzity na průřezy, J. Phys. D: Appl. Phys. 30 (1997) 2123–2131.
  14. ^ "||".
  15. ^ Liu, L .; Wang, H .; Yu, B .; Xu, Y .; Shen, J. (2007). "Vylepšený algoritmus rozptylu světla potaženou koulí". Čína Particuologie. 5 (3): 230–236. doi:10.1016 / j.cpart.2007.03.003.
  16. ^ „Knihovna programů CPC“.
  17. ^ "Mie rozptyl blízkého a vzdáleného pole vícevrstvou koulí: Ovidiopr / scattnlay". 2019-02-15.
  18. ^ O Pena a U Pal, Scattering of EM záření by a mnohovrstevná sféra, Computer Physics Communications, 180, 2348-2354, 2009
  19. ^ W Yang, Vylepšený rekurzivní algoritmus pro rozptyl světla vícevrstvou sférou, Applied Optics, Vol. 42, č. 9, 2003
  20. ^ Yu-lin Xu, Bo A.S. Gustafson, Zobecněné multičásticové Mie-řešení: další experimentální ověření, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 70 (2001) 395–419
  21. ^ "Scatcodes".
  22. ^ „Zobecněný multičásticový kód Mie, vhodný zejména pro plasmoniky: Gevero / py_gmm“. 2019-02-11.
  23. ^ „CELES: CUDA-akcelerovaný elektromagnetický rozptyl velkými soubory kuliček: neuspořádaná fotonika / cely“. 2019-02-14.