Light scattering by particles
कणों द्वारा प्रकाश प्रकीर्णन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा छोटे कण (जैसे। बर्फ के क्रिस्टल, धूल, वायुमंडलीय कण, ब्रह्मांडीय धूल और रक्त कोशिकाएं) प्रकाश को बिखेरते हैं जिससे आकाश का नीला रंग और प्रभामंडल जैसी ऑप्टिकल घटनाएं होती हैं। मैक्सवेल के समीकरण प्रकाश प्रकीर्णन का वर्णन करने वाली सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल विधियों का आधार हैं, लेकिन चूंकि मैक्सवेल के समीकरणों के सटीक समाधान केवल चयनित कण ज्यामिति (जैसे गोलाकार) के लिए जाने जाते हैं, इसलिए कणों द्वारा प्रकाश प्रकीर्णन कम्प्यूटेशनल विद्युत चुंबकत्व की एक शाखा है जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण प्रकीर्णन और कणों द्वारा अवशोषण से संबंधित है। ज्यामिति के मामले में जिनके लिए विश्लेषणात्मक समाधान ज्ञात हैं (जैसे गोले, गोले का समूह, अनंत सिलेंडर), समाधानों की गणना आमतौर पर अनंत श्रृंखला के संदर्भ में की जाती है। अधिक जटिल ज्यामिति और असमरूप कणों के मामले में मूल मैक्सवेल के समीकरणों को अलग किया जाता है और हल किया जाता है। कणों द्वारा प्रकाश प्रकीर्णन के बहु-प्रकीर्णन प्रभावों का उपचार विकिरण हस्तांतरण तकनीकों द्वारा किया जाता है (देखें, उदाहरण के लिए। वायुमंडलीय विकिरण हस्तांतरण कोड)। एक प्रकीर्णन कण के सापेक्ष आकार को उसके आकार पैरामीटर द्वारा परिभाषित किया जाता है, जो इसकी तरंग दैर्ध्य के साथ इसके विशिष्ट आयाम का अनुपात हैः सटीक कम्प्यूटेशनल तरीके सीमित-अंतर समय-क्षेत्र विधि एफ. डी. टी. डी. विधि ग्रिड-आधारित अंतर समय-क्षेत्र संख्यात्मक मॉडलिंग विधियों के सामान्य वर्ग से संबंधित है। समय-निर्भर मैक्सवेल के समीकरणों (आंशिक विभेदक रूप में) को स्थान और समय आंशिक व्युत्पन्न के लिए केंद्रीय-अंतर सन्निकटन का उपयोग करके अलग किया जाता है। परिणामी परिमित-अंतर समीकरणों को सॉफ्टवेयर या हार्डवेयर में एक छलांग के तरीके से हल किया जाता हैः अंतरिक्ष के आयतन में विद्युत क्षेत्र सदिश घटकों को समय में दिए गए क्षण में हल किया जाता है; फिर उसी स्थानिक आयतन में चुंबकीय क्षेत्र सदिश घटकों को समय में अगले क्षण में हल किया जाता है; और प्रक्रिया को बार-बार दोहराया जाता है जब तक कि वांछित क्षणिक या स्थिर-अवस्था विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र व्यवहार पूरी तरह से विकसित नहीं हो जाता है। टी-मैट्रिक्स तकनीक को नल फील्ड विधि और विस्तारित सीमा तकनीक विधि (ई. बी. सी. एम.) के रूप में भी जाना जाता है। मैक्सवेल समीकरणों के समाधानों के लिए सीमा शर्तों का मिलान करके मैट्रिक्स तत्व प्राप्त किए जाते हैं। आपतित, संचारित और बिखरे हुए क्षेत्र को गोलाकार सदिश तरंग कार्यों में विस्तारित किया जाता है। कम्प्यूटेशनल सन्निकटन किसी भी गोलाकार कणों से मनमाने आकार के पैरामीटर के साथ स्कैटरिंग को माइ सिद्धांत द्वारा समझाया गया है। माइ सिद्धांत, जिसे लोरेंज़-माइ सिद्धांत या लोरेंज़-माइ-डेबी सिद्धांत भी कहा जाता है, गोलाकार कणों द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रकीर्णन के लिए मैक्सवेल के समीकरणों का एक पूर्ण विश्लेषणात्मक समाधान है (बोरेन और हफमैन, 1998)। अधिक जटिल आकृतियों जैसे कि लेपित गोले, बहुगोल, गोलाकार और अनंत सिलेंडरों के लिए ऐसे विस्तार हैं जो अनंत श्रृंखला के संदर्भ में समाधान को व्यक्त करते हैं। गोले, स्तरित गोले, और कई गोले और सिलेंडरों के लिए माइ सन्निकटन में प्रकाश प्रकीर्णन का अध्ययन करने के लिए कोड उपलब्ध हैं। विविक्त द्विध्रुव सन्निकटन मनमाने आकार के कणों द्वारा विकिरण के प्रकीर्णन की गणना करने के लिए कई तकनीकें हैं। विविक्त द्विध्रुव सन्निकटन ध्रुवीय बिंदुओं की एक सीमित सरणी द्वारा निरंतरता लक्ष्य का एक सन्निकटन है। स्थानीय विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में बिंदु द्विध्रुवीय क्षण प्राप्त करते हैं। इन बिंदुओं के द्विध्रुव अपने विद्युत क्षेत्रों के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। डी. डी. ए. सन्निकटन में प्रकाश प्रकीर्णन गुणों की गणना करने के लिए डी. डी. ए. कोड उपलब्ध हैं। रेले स्कैटरिंग शासन की अनुमानित विधियाँ प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत छोटे कणों द्वारा प्रकाश, या अन्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्कैटरिंग है। रेले स्कैटरिंग को छोटे आकार के पैरामीटर शासन में स्कैटरिंग के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। ज्यामितीय प्रकाशिकी (किरण-अनुरेखण) किरण अनुरेखण तकनीक न केवल गोलाकार कणों बल्कि किसी भी निर्दिष्ट आकार (और अभिविन्यास) के कणों द्वारा प्रकाश प्रकीर्णन का अनुमान लगा सकती है, जब तक कि किसी कण का आकार और महत्वपूर्ण आयाम प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत बड़े हों। प्रकाश को किरणों का एक संग्रह माना जा सकता है जिसकी चौड़ाई तरंग दैर्ध्य से बहुत बड़ी होती है लेकिन कण की तुलना में छोटी होती है। कण से टकराने वाली प्रत्येक किरण (आंशिक) परावर्तन और/या अपवर्तन से गुजर सकती है। ये किरणें अपनी पूरी शक्ति के साथ गणना की गई दिशा में बाहर निकलती हैं या (जब आंशिक परावर्तन शामिल होता है) दो (या अधिक) बाहर निकलने वाली किरणों के बीच विभाजित आपतन शक्ति के साथ। जिस तरह लेंस और अन्य ऑप्टिकल घटकों के साथ, किरण अनुरेखण एक एकल प्रकीर्णक से निकलने वाले प्रकाश को निर्धारित करता है, और उस परिणाम को सांख्यिकीय रूप से बड़ी संख्या में यादृच्छिक रूप से उन्मुख और स्थित प्रकीर्णकों के लिए जोड़कर, कोई भी वायुमंडलीय ऑप्टिकल घटनाओं का वर्णन कर सकता है जैसे कि पानी की बूंदों के कारण इंद्रधनुष और बर्फ के क्रिस्टल के कारण प्रभामंडल। वायुमंडलीय प्रकाशिकी किरण-अनुरेखण कोड उपलब्ध हैं। क्षेत्रों द्वारा विद्युत चुम्बकीय प्रकीर्णन के लिए कोड भी देखें सिलेंडरों द्वारा विद्युत चुम्बकीय प्रकीर्णन के लिए कोड विविक्त द्विध्रुव सन्निकटन कोड परिमित-अंतर समय-क्षेत्र विधि प्रकीर्णन संदर्भ नाई, पी. डब्ल्यू. और एस. सी. हिल, कणों द्वारा प्रकाश प्रकीर्णनः कम्प्यूटेशनल विधियाँ, सिंगापुर; टीनेक, एन. जे., वर्ल्ड साइंटिफिक, सी1990,261 पी. + 2 कंप्यूटर डिस्क (3 1⁄2 इंच)। ), (पी. बी. के.) बोरेन, क्रेग एफ. और डोनाल्ड आर. हफमैन, शीर्षक अवशोषण और छोटे कणों द्वारा प्रकाश का प्रकीर्णन, न्यूयॉर्कः विली, 1998,530 पी., हल्स्ट, एच. सी. वैन डी, छोटे कणों द्वारा प्रकाश प्रकीर्णन, न्यूयॉर्क, डोवर प्रकाशन, 1981,470 पी.,। केरकर, मिल्टन, द स्कैटरिंग ऑफ लाइट, एंड अदर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन, न्यूयॉर्क, एकेडेमिक प्रेस, 1969,666 पी. मिशेन्को, माइकल आई., जूप डब्ल्यू. होवेनियर, लैरी डी. ट्रैविस, लाइट स्कैटरिंग बाय नॉनस्फेरिकल पार्टिकल्सः थ्योरी, मेजरमेंट्स एंड एप्लीकेशन, सैन डिएगोः एकेडेमिक प्रेस, 2000,690 पी., स्ट्रैटन, जूलियस एडम्स, विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत, न्यूयॉर्क, लंदन, मैकग्रा-हिल पुस्तक कंपनी, इंक., 1941। 615 पी. प्रकीर्णन, अवशोषण और विकिरण हस्तांतरण (प्रकाशिकी)