Стабильный и быстрый способ вычисления функций Бесселя в задаче расчета рассеяния света на частицах со сферической симметрией

Е.Б. Шибанов

Морской гидрофизический институт НАН Украины, Украина

Аннотация

Статья посвящена совершенствованию алгоритмов расчета рассеяния электромагнитной волны на частицах. Рассматривается проблема выбора метода решения задачи рассеяния света для таких многофакторных систем, каковой является естественная водная среда. Обсуждаются пути увеличения стабильности и повышения быстродействия расчета рассеяния и поглощения света на частицах со сферической симметрией. На основе анализа свойств рекуррентных соотношений в пределе сверхкрупных частиц предлагается простой и быстрый метод оценки числа итераций для функций Рикатти — Бесселя, рассчитываемых по методу обратной рекурсии. Затрагивается вопрос о нецелесообразности использования громоздких математических решений при исследовании природных сред оптическими методами. Высказывается мнение, что аналитическое решение имеет практическую ценность только в том случае, если существует стабильный алгоритм его численного расчета.

Для цитирования

Шибанов Е.Б. Стабильный и быстрый способ вычисления функций Бесселя в задаче расчета рассеяния света на частицах со сферической симметрией // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 2. С. 71-80. EDN YWXETL.

Shibanov, E.B., 2007. Stable and fast method for calculation of Bessel functions in the problem of light scattering on the particles with spherical symmetry. Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal, (2), pp. 71-80 (in Russian).

Список литературы

1. Mishchenko M.L., Travis L.D., Mackowski D.W. T-matrix computations of light scattering by nonspherical particles. A review // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. — 1996. — № 55. — P. 535–575.
2. Cachorro V.E., Salcedo L.L. New Improvements for Mie Scattering Calculations // J. Electromagnetic Waves and Applications. — 1991. — 5, № 9. — P. 913–926.
3. Haltrin V.I., Shybanov E.B., Stavn R.H. et al. Light scattering coefficient by quartz particles suspended in seawater // Proceeding of the International Geoscience and Remote Sensing Symposium, 1999, IEEE, Piscataway, NJ, USA. — 1999. — P. 1420–1422.
4. Шифрин К.С., Перельман А.Я., Кокорин А.М. Рассеяние света просветленной сферой // Оптика моря и атмосферы. — Л.: ГОИ АН СССР, 1984. — С. 98–99.
5. Aden A.L., Kerker M. Scattering of electromagnetic waves from two concentric spheres // J. Appl. Phys. — 1951. — 22. — P. 1242–1246.
6. Борен К.Ф., Хафмен Д.Р. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. — М.: Мир, 1986. — 660 с.
7. Dave J.V. Scattering of electromagnetic radiation by a large, absorbing sphere // IBM J. Res. Develop. — 1969. — May, № 1. — P. 302–313.
8. Wiscombe W.J. Improved Mie Scattering Algorithm // Appl. Opt. — 1980. — 19. — P. 1505–1509.
9. Lentz W.J. Generating Bessel functions in Mie scattering calculations using continued fractions // Ibid. — 1976. — 15. — P. 668–671.
10. Shybanov E.B. The improved computational method of scattering calculation on spherical particles. // Proc. of the International Conference «Current Problems in Optics of Natural Waters». — St. Petersburg: Proceedings of S. Rozhdestvensky Optical Society, 2001. — P. 383–389.
11. Wiscombe W.J. Mie scattering calculations: advances in technique and fast, vector-speed computer codes / NCAR/TN-140+STR, National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colo, 1979.

Скачать статью в PDF-формате