روابط (۴-۱۴۱) و (۴-۱۲۴) برای محاسبه پراکندگی و خاموشی از یک کره به هر شکل قابل استفاده میباشد اما شکل و به نوع تغییرات بستگی دارد. در این قسمت، یک کره همگن را که با لایهای یکنواخت از مادهای با ثابت دیالکتریک متفاوت پوشیده شده است را در نظر میگیریم. میدانهای داخل و پراکنده شده در روابط (۴-۱۲۱) و (۴-۱۲۴) داده شده اند. محدود بودن مقادیر و در بازه بسط میدانها در این بازه را به صورت زیر بیان می کند:
شرایط مرزی نیز به صورت زیر داده میشوند:
با اعمال این شرایط مرزی و محاسبات، ضرایب بسط به صورت زیر به دست میآیند:
که در آن و به صورت زیر تعریف شده اند:
در این روابط و به ترتیب نسبت ضرایب شکست داخل کره و لایه پوشاننده به ضریب شکست محیط اطراف میباشد. میباشد و توابعی که در این روابط به کار برده شده اند به صورت زیر میباشند:
۴-۵- اصل هویگنس:
برای دو بردار و که در حجم تعریف میشوند، تئوری گرین برداری به صورت زیر میباشد:
در این رابطه S سطحی است که حجم V را محصور کرده است و بردار یکه عمود بر سطح S و به سمت خارج از حجم V میباشد. با توجه به شکل (۴-۵) پراکندگی موج الکترومغناطیسی به وسیله منبع J در ناحیه ۰ با گذردهی و تراوایی قرار دارد را در نظر میگیریم. ناحیه ۱ نیز با گذردهی و تراوایی میباشد (شکل ۴-۵). سطح دربرگیرنده حجم با بردار عمود است و سطحی در بینهایت با بردار عمود میباشد که فضای اطراف را محصور کرده است. برای این شرایط، معادلات ماکسول به صورت زیر برقرار است:
که شرایط مرزی به صورت و روی سطح برقرار است.
شکل ۴- ۵: پراکندگی الکترومغناطیسی بوسیله منبع Jدر داخل حجم فرضی
تابع گرین فضای آزاد، در معادله زیر صدق می کند:
که در آن می تواند در هر یک از نواحی ۰ یا ۱ باشد. حال فرض میکنیم که در رابطه مربوط به
تئوری گرین برداری و باشد که در آن a یک بردار ثابت دلخواه میباشد. بنابراین رابطهای به شکل زیر برای آنها برقرار است:
انتگرال سطحی بر روی سطح به دلیل شرط تابش صفر می شود. با بهره گرفتن از روابط (۴-۱۵۵) و (۴-۱۵۶) و قرار دادن در رابطه (۴-۱۵۷) به رابطه زیر میرسیم:
تابع دلتای دیراک تنها وقتی صادق است که در ناحیه ۰ باشد. از طرفی با توجه به تقارن تابع گرین، میتوان به رابطه زیر رسید:
بردار ثابت aمی تواند از دو طرف این معادله کنار گذاشته شود. بنابراین جمله اول سمت راست
معادله جدید، میدان تولید شده به وسیله منبع جریان در یک محیط بدون مرز با گذردهی و
تراوایی میباشد و می تواند متناظر با میدان برخوردی باشد:
در رابطه بالا، رابطه برای حالت به عنوان اصل هویگنس شناخته می شود و میدان الکتریکی پراکنده شده را در جملاتی از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی مماس بر سطح پراکننده بیان می کند. از طرفی رابطه برای حالت به عنوان تئوری خاموشی شناخته می شود و بیان کننده تابش از میدان سطحی با بهره گرفتن از به عنوان منتشر کننده در حجم و خاموش کننده میدان برخوردی میباشد. بنابراین برای ناحیه ، میدان پراکنده شده به صورت زیر است:
به همین شکل میتوان از تابع گرین دوتایی متناظر با محیط استفاده و تئوری گرین برداری را برای ناحیه با در نظر گرفتن و استفاده کرد. تابع گرین دوتایی در معادلات زیر صدق می کند:
که در آن میباشد. این بار منبع جریان در محیط وجود ندارد و بنابراین جمله در روابط وجود نخواهد داشت. با تکرار محاسباتی شبیه به قبل داریم:
دو معادله تئوری خاموشی میتوانند به صورت زیر باز نویسی شوند:
معادلات (۴-۱۶۵) و (۴-۱۶۶) میتوانند به صورت معادلات انتگرالی جفت شده برای پیدا کردن میدانهای سطحی مماسی که از طریق اعمال شرایط مرزی بر سطح پیوسته میباشند، استفاده شوند.
در رابطه (۴-۱۶۰)که از اصل هویگنس به دست آمد، میدانهای مغناطیسی و الکتریکی کل به عنوان میدانهای سطحی استفاده شدند. همچنین در نوشتن این رابطه ما میدان فرودی را به صورت زیر تعریف کردیم:
همچنین در ناحیه ۰ روابط زیر برقرار است:
در استفاده از تئوری گرین کروی برداری یعنی معادلات (۴-۱۵۷) تا (۴-۱۶۰) اگر به جای از استفاده شود، با بهره گرفتن از معادله (۴-۱۶۷) به رابطه زیر میرسیم:
حال اگر رابطه (۴-۱۷۰) را از رابطه (۴-۱۶۰) کم کنیم، با بهره گرفتن از روابط (۴-۱۶۸) و (۴-۱۶۹) به رابطه زیر میرسیم:
قسمت بالایی معادله (۴-۱۷۱)، اصل هویگنس را در قالب جملات میدان سطحی موج پراکنده شده بیان می کند.
اصل هویگنس بیشتر در فواصل دور و برای محاسبه موج پراکنده شده از میدانهای سطحی به کار برده می شود. اگر یک سیستم مختصات را در میدان دور تشکیل دهند:
بنابراین در میدان دور،و به رابطه زیر میرسیم:
و بنابراین میدان پراکنده شده در محیط دور، با بهره گرفتن از اصل هویگنس و داشتن میدانهای سطحی به صورت زیر بیان می شود:
۴-۶- محاسبه سطح مقطع خاموشی برای استوانه محدود
۴-۶-۱- امواج استوانهای:
در این بخش نیز مشابه با روشی که تئوری می بیان شد، به دنبال یافتن میدانهای الکتریکی و مغناطیسی یک استوانه نامحدود خواهیم بود. مطابق با آنجه که در قسمت ۴-۴ ارائه شد، ابتدا باید به دنبال حل معادله موج اسکالر این بار در دستگاه مختصات استوانهای و یافتن هارمونیکهای برداری برای این دستگاه مختصات و بسط میدانها بر حسب این هارمونیکها باشیم. معادله موج اسکالر در دستگاه مختصات استوانهای به صورت زیر نوشته می شود:
با بهره گرفتن از روش جداسازی متغیرها و در نظر گرفتن به صورت زیر:
آنگاه جوابهایی که در مبدا منظم میباشند به صورت زیر تعریف میشوند:
که در آن یک عدد صحیح میباشد. توابع بسل از مرتبه میباشد و منظور از منظم بودن توابع در مبدا میباشد. موج استوانهای بیرون رونده نیز به صورت زیر است:
که تابع هنکل مرتبه اول میباشد.
در قسمت (۴-۴) هارمونیکهای برداری به صورت زیر تعریف شدند:
با در نظر گرفتن بردار به جای بردار c و محاسبات مربوطه به جوابهایی به صورت زیر میرسیم:
که در آنها:
کاملا واضح است که جوابهای تولید شده توسط موج استوانهای بیرون رونده با قرار دادن به جای و برداشتن به دست میآیند. این هارمونیکها به صورت زیر بر یکدیگر عمود میباشند:
۴-۶-۲- بسط موج تخت در هارمونیکهای استوانهای برداری:
استوانهای نامحدود را در نظر میگیریم که تحت تابش یک موج تخت قرار گرفته است. در ابتدا باید این موج تخت را بر حسب هارمونیکهای استوانهای بسط دهیم. برای انجام این کار روابط زیر را در نظر میگیریم:
از طرفی مطابق با بسط ژاکوبی-آنژه که به صورت زیر میباشد [۸۵]:
میتوان به رابطه زیر رسید:
بنابراین با کمی محاسبات به رابطه زیر میرسیم:
با بهره گرفتن از روابط و رابطه (۴-۱۹۰) رابطه زیر را داریم:
دانلود مطالب پایان نامه ها در مورد برهمکنش پلاسمون-مولکول در نانوذره و نانومیله های فلزی- ...