Lichtstreuung an Aggregaten plättchenförmiger und faserförmiger Partikeln
Final Report Abstract
Ziel dieses Vorhabens war die Entwicklung und Untersuchung einer Methode zur Simulation der Lichtstreuung von Aggregaten plättchenförmiger und faserförmiger Partikeln. Im Rahmen der T-Matrix-Methode ist die Anwendung einer Standardmehrfachstreutheorie, bei der die T-Matrizen der einzelnen plättchenförmigen oder faserförmigen Partikeln miteinander verknüpft werden, nicht ohne weiteres möglich. Der Grund hierfür ist, dass sich die Hüllkugeln, die die einzelnen kompletten Fasern jeweils vollständig einschließen, stark überlappen. Innerhalb der Hüllkugel beschreibt die T-Matrix, die mit der Standardnullfeldmethode berechnet wird, nicht das Streuverhalten einer Faser. Deshalb liefert eine direkte Verknüpfung der T-Matrizen der einzelnen Fasern bei deutlicher Überlappung der Hüllkugeln kein sinnvolles Simulationsergebnis. Um das Streuproblem dennoch mit der Standardmehrfachstreutheorie lösen zu können, wurde im Rahmen dieses Vorhabens eine Dekompositionsmethode entwickelt, bei der die einzelnen Fasern in eine Anzahl von Substreukörpern zerlegt und dann das Streuproblem als Mehrfachstreuproblem gelöst wird. Auf diese Weise reduziert sich die Überschneidung der Hüllkugeln der einzelnen Substreukörper deutlich. Statt wenigen großen Überschneidungen ergeben sich mehrere kleine, wobei sich das gesamte Überschneidungsvolumen verringert. Es konnte gezeigt werden, dass man in diesem Fall in einem weiten Umfang hinreichend richtige Simulationsergebnisse erhält. Zur Abschätzung des Gültigkeitsbereichs dieser Methode wurden zahlreiche Streulichtberechnungen durchgeführt. Diese Berechnungen umfassen zylindrische und quaderförmige Streukörper mit unterschiedlichen Achsverhältnissen und Größen. Die Ergebnisse wurden mit einem anderen Verfahren, der Discrete-Dipole-Approximation- Methode (DDA), verifiziert. Mit DDA lässt sich die Lichtstreuung beliebig geformter Partikeln simulieren, jedoch hat das Verfahren den Nachteil, dass es rechenzeitaufwendig ist und keine T-Matrix generiert wird. Der Vorteil der T-Matrix liegt u. a. darin, eine Orientierungsmittelung schnell durchführen zu können, ohne das Streulichtproblem für jede Orientierung erneut lösen zu müssen. Die durchgeführten Streulichtberechnungen wurden auf etwaige Abweichungen von der exakten Lösung, die mit DDA ermittelt wurden, untersucht. Diese Abweichungen, die sich durch die sich überschneidenden Hüllkugeln ergeben können, hängen von der verwendeten Geometrie und der Größe der Substreukörper sowie des zusammengesetzten Partikelsystems ab.
Publications
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- Decomposition of Objects for Light Scattering Simulations with the Null-Field Method with Discrete Sources. Proceedings of the 10th Conference on Electromagnetic and Light Scattering by Nonspherical Particles, Bodrum, Türkei (2007), 245-247
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- Review of the Null-Field Method with Discrete Sources. J. Quant. Spect. Radiat. Trans. 106 (2007), 535-545
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- Simulation of Light Scattering by Aggregated Fibres using the T-Matrix. Proceedings of the 8th International Congress on Optical Particle Characterization, Graz, Österreich (2007), 29
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- Studies of light scattering by complex particles using the null-field method with discrete sources. In: Light Scattering Reviews Vol. 2, Ed: A. Kokhanovsky, Springer, Berlin/Heidelberg/New York (2007)
T. Wriedt
