Computation of light scattering, radiation force, torque and stress of large non-spherical particles with Multilevel Fast Multipole Algorithm and Vectorial Complex Ray Model

par Minglin Yang

Thèse de doctorat en Physique. Énergétique

Sous la direction de Kuan Fang Ren.


  • Résumé

    Cette thèse est dédiée à la validation du modèle de Tracé de Rayons Vectoriels Complexes (VCRM - Vectorial Complex Ray Model en anglais) par la comparaison des diagrammes de diffusion avec les résultats de SIE- MLFMA (Surface Integral Equation with Multilevel Fast Multipole Algorithm en anglais) et les applications de MLFMA développé à la prédiction de la force de pression de radiation, le couple et la tension exercés sur des grosses particules non-sphériques par un faisceau laser. En introduisant la courbure du front d’onde comme une nouvelle propriété des rayons lumineux, VCRM apporte une amélioration considérable sur la précision et l’applicabilité du modèle de rayons pour la diffusion de la lumière par les particules non-sphériques. Cependant ses résultats pour les particules non-sphériques restent à valider. Alors, MLFMA est une méthode numérique très efficace pour traiter l’interaction de la lumière avec des particules de forme quelconque. Afin d’étendre sa capacité pour les grosses particules, dans cette thèse, MLFMA est améliorée et parallélisée. Le code mis au point permet d’obtenir des résultats exacts pour les particules de paramètre de taille supérieur à 600. Le bon accord entre les diagrammes de diffusion des grosses particules ellipsoïdales calculées par MLFMA et VCRM illustre la grande capacité de ces deux méthodes. Ensuite, le code MLFMA développé est appliqué au calcul de la force de pression de radiation (FPR) et le couple sur des particules homogènes de forme quelconque. Pour éviter l’imprécision de la description mathématique en champ lointain de faisceau laser, l’expression analytique de champs électromagnétiques dans la région proche de la particule est utilisée. La FPR et le couple sont donc calculés par le flux du vecteur du tenseur de Maxwell sur une surface sphérique incluant la particule. Cette méthode est très puissante et flexible permettant de prédire la FPR et le couple exercés par un faisceau de forme quelconque sur une grosse particule, comme des particules sphéroïdales, des particules de forme de globule rouge ou moteur. La FPR et le couple sont des effets mécaniques globaux d’un faisceau de lumière exercés sur une particule. La tension sur la surface d’une particule peut être importante dans l’étude des propriétés élastiques de certaines particules. Le code MLFMA développé est donc étendu au calcul de la tension de surface et VCRM a été appliqué à l’analyse le mécanisme de la tension sur des particules sphéroïdales.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (134 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 157 références

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque :
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 14/ROUE/S055
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.