MATLAB实现基于Mie散射理论的球形粒子光学特性计算系统

资 源 简 介

该MATLAB项目实现了完整的Mie散射理论算法，可精确计算球形颗粒在不同粒径和折射率条件下的散射效率、吸收效率、消光效率和散射相函数等关键光学参数。为气溶胶研究、颗粒物分析等领域提供可靠的计算工具。

详 情 说 明

基于Mie散射理论的球形粒子光学特性计算系统

项目介绍

本项目实现了完整的Mie散射理论计算算法，能够精确计算球形介质颗粒在平面电磁波照射下的散射特性。系统基于经典电磁波散射理论，通过求解麦克斯韦方程组，提供球形粒子的多种光学参数计算功能，适用于大气科学、纳米材料、生物医学等领域的颗粒光学特性研究。

功能特性

• 完整Mie理论实现：基于贝塞尔函数和汉克尔函数的级数展开算法，精确求解麦克斯韦方程组
• 复杂介质处理：支持具有复折射率（含吸收）介质的散射计算
• 数值稳定性优化：针对大粒径参数计算中的数值不稳定性问题进行特殊处理
• 多模式计算：支持单颗粒计算和粒径分布统计计算
• 可视化分析：提供散射角分布极坐标图、效率因子随粒径参数变化曲线等图形展示

使用方法

输入参数配置

1. 介质参数：

- 入射光波长（单位：μm） - 粒子半径（单位：μm） - 介质复折射率（实部+虚部）

1. 计算参数：

- 最大展开项数（可选参数） - 角度分辨率（散射角计算点数）

1. 环境参数：

- 介质环境折射率（默认为1，对应真空/空气环境）

1. 分布参数（可选）：

- 粒径分布类型（单分散/对数正态分布等） - 分布相关参数

输出结果

• 效率因子：消光效率因子、散射效率因子、吸收效率因子
• 散射矩阵：散射相函数、偏振参数（S1、S2矩阵元素）
• 角分布数据：各散射角对应的散射强度分布
• 可视化图形：散射角分布极坐标图、效率因子变化曲线
• 计算统计：实际使用的级数项数、计算精度评估

系统要求

• MATLAB R2016b或更高版本
• 推荐内存：4GB以上
• 磁盘空间：至少500MB可用空间

文件说明

主程序文件集成了系统的核心计算与用户交互功能，主要包括参数输入处理、Mie散射计算算法实现、数值稳定性控制、结果数据输出以及图形可视化生成等完整工作流程。该文件通过组织调用各功能模块，实现了从用户输入到最终结果展示的全过程自动化处理。