Mie理论计算code

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Mie理论计算code

详 情 说 明

Mie理论是描述均匀球体对电磁波散射行为的经典理论，由Gustav Mie在1908年基于Maxwell方程组推导得出。该理论通过求解边界条件下的电磁场方程，能够精确计算任意尺寸和光学性质的球形粒子对光的散射和吸收特性。

核心计算过程依赖于两个关键输入参数： 相对复折射率（m = n + ik） 实部n表示介质相对于周围环境的折射率 虚部k表征材料的吸收特性 尺度参数（x = 2πr/λ） 由粒子半径r和入射波长λ共同决定 反映粒子尺寸与波长的相对大小关系

算法实现通常包含以下步骤： 计算Bessel函数和Hankel函数的渐进展开 通过递推关系求解Mie系数an和bn 基于系数矩阵构建效率因子 消光效率Qext反映总能量损失 散射效率Qsca表征纯散射贡献 计算非对称因子g 用于描述散射光的前向/后向分布特性

典型应用场景包括： 大气气溶胶的光学特性研究 纳米颗粒的粒径分析 生物细胞的激光散射检测 工业喷雾粒径测量

该理论的优势在于其严格的数学基础，可覆盖从瑞利散射（小粒子）到几何光学（大粒子）的完整尺度范围。现代计算通常采用Bohren和Huffman提出的稳定递推算法来避免大尺度参数下的数值溢出问题。