Códigos para la dispersión electromagnética por esferas : este artículo enumera los códigos para la dispersión electromagnética por una esfera homogénea, una esfera en capas y un grupo de esferas.
Técnicas de solución
La mayoría de los códigos existentes para el cálculo de la dispersión electromagnética por una sola esfera se basa en la teoría de Mie, que es una solución analítica de las ecuaciones de Maxwell en términos de series infinitas. Otras aproximaciones a la dispersión por una sola esfera incluyen: serie Debye , trazado de rayos ( óptica geométrica ), trazado de rayos, incluidos los efectos de la interferencia entre rayos, teoría de Airy , dispersión de Rayleigh , aproximación por difracción. Hay muchos fenómenos relacionados con la dispersión de la luz por partículas esféricas como resonancias, ondas superficiales, plasmones, dispersión de campo cercano. Aunque la teoría de Mie ofrece una forma conveniente y rápida de resolver el problema de la dispersión de la luz mediante partículas esféricas homogéneas, existen otras técnicas, como la aproximación de dipolos discretos , FDTD, matriz T, que también se pueden utilizar para tales tareas. [1]
Clasificación
La compilación contiene información sobre la dispersión electromagnética por partículas esféricas, enlaces relevantes y aplicaciones. [2]
Códigos de dispersión electromagnética por una única esfera homogénea
Año | Nombre | Autores | Referencias | Idioma | Breve descripción |
---|---|---|---|---|---|
1983 | BHMIE [3] | Craig F. Bohren y Donald R. Huffman | [1] | "Soluciones Mie" (series infinitas) a la dispersión, absorción y función de fase de ondas electromagnéticas por una esfera homogénea. | |
2002 | MiePlot [4] | Philip Laven | [5] | Visual Basic | MiePlot ofrece los siguientes modelos matemáticos para la dispersión de la luz por una esfera: soluciones Mie, serie Debye, trazado de rayos (basado en óptica geométrica), trazado de rayos, incluidos los efectos de interferencia entre rayos, teoría de Airy, dispersión de Rayleigh, difracción, ondas superficiales . Además de los cálculos de longitud de onda única, MiePlot también puede realizar cálculos para algunas longitudes de onda, aproximando así un espectro continuo (como la luz solar) para producir simulaciones de efectos ópticos atmosféricos como arco iris, coronas y glorias. |
2003 | Mie_Single etc. | Gareth Thomas y Don Grainger | [6] | IDL | El Subdepartamento de Física Atmosférica Oceánica y Planetaria de la Universidad de Oxford mantiene un archivo de las rutinas de dispersión de Mie para esferas individuales y poblaciones de partículas en las que los tamaños siguen una distribución logarítmica normal . El código también está disponible para calcular las derivadas analíticas de la dispersión de Mie (es decir, la derivada de los coeficientes de extinción y dispersión, y las funciones de intensidad con respecto al parámetro de tamaño y al índice de refracción complejo). Las rutinas están escritas en IDL , pero también está disponible una versión DLM basada en Fortran (que reduce sustancialmente el tiempo de ejecución) del código de esfera única. |
Códigos de dispersión electromagnética por una esfera estratificada
La literatura algorítmica incluye varias contribuciones [7] [8] [9] [10]
Año | Nombre | Autores | Árbitro | Idioma | Licencia | Breve descripción | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1981 | DMILAY | Owen B. Toon y TP Ackerman | [9] | Fortran | Sin licencia especificada pero de código abierto (dominio público) | Dispersión por una esfera estratificada (una partícula con un núcleo esférico rodeado por una cáscara esférica). El código data de 1968 disponible aquí: [11] | |
1983 | BHCOAT | Craig F. Bohren y Donald R. Huffman | [1] | Fortran | No especificado, pero de código abierto (dominio público a través de [1] ) | "Mie soluciones" (series infinitas) a la dispersión, absorción y función de fase de las ondas electromagnéticas mediante una conchas concéntricas homogéneas. | |
1997 | BART [12] | A. Quirantes | [13] | Fortran | Código abierto (licencia propia) | Basado en la teoría de Aden-Kerker para calcular las propiedades de dispersión de la luz para partículas esféricas recubiertas | |
2004 | MjcLscCoatSph [14] | M. Jonasz | GUI / Windows | Propietario / fuente cerrada | Este programa calcula los parámetros de dispersión, absorción y atenuación, así como los patrones de dispersión angular de una sola esfera revestida de acuerdo con la teoría de Aden-Kerker. | ||
2007 | L. Liu, H. Wang, B. Yu, Y. Xu, J. Shen | [15] | C | Desconocido | Dispersión de luz por una esfera revestida (eficiencia de extinción, eficiencia de dispersión, intensidad de dispersión de luz) | ||
2009-2016 | scattnlay [16] v2.0 [17] | O. Pena, U. Pal, K. Ladutenko | [18] | C ++ y Python | GPLv3 | Dispersión de luz de una esfera de varias capas basada en el algoritmo de W Yang. [19] Muy robusto y estable, más lento que Toon y Ackerman. Evalúe los parámetros integrales y los patrones angulares, el campo cercano y el trazado de líneas de flujo de energía. Tiene una opción de compilación para usar Boost.Multiprecision para una mayor precisión. La aplicación web es la parte del paquete, disponible en línea en el sitio web del Departamento de Física e Ingeniería de la Universidad ITMO. |
Códigos de dispersión electromagnética por grupo de esferas
Año | Nombre | Autores | Referencias | Idioma | Breve descripción |
---|---|---|---|---|---|
1998-2003 | GMM | Yu-lin Xu y Bo AS Gustafson | [20] | Fortran | Códigos que calculan exactamente la dispersión electromagnética por un agregado de esferas en una sola orientación o en un promedio sobre orientaciones individuales. |
2013 | MSTM | DW Mackowski | [21] | Fortran | Códigos que calculan exactamente la dispersión electromagnética por un agregado de esferas y esferas dentro de esferas para materiales complejos. También funciona en paralelo. |
2015 | py_gmm | G. Pellegrini | [22] | Python + Fortran | Una implementación de Python + Fortran 90 del método Mie de múltiples partículas generalizadas, especialmente adecuado para plasmónicos y computación de campo cercano. |
2017 | CELES | A. Egel, L. Pattelli y G. Mazzamuto | [23] | MATLAB + CUDA | Se ejecuta en GPU NVIDIA, con alto rendimiento para muchas esferas. |
Códigos de dispersión relevantes
Ver también
Referencias
- ^ a b c d Bohren, Craig F. y Donald R. Huffman, Absorción y dispersión de luz por partículas pequeñas, Nueva York: Wiley, 1998, 530 p., ISBN 0-471-29340-7 , ISBN 978-0-471-29340-8 (segunda edición)
- ^ Wriedt, T. (2009). "Teorías de dispersión de luz y códigos informáticos" . Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 110 (11): 833–843. Código Bibliográfico : 2009JQSRT.110..833W . doi : 10.1016 / j.jqsrt.2009.02.023 .
- ^ Este código se mantiene como parte de scatterlib y se puede descargar desde http://scatterlib.wikidot.com/mie
- ^ El programa MiePlot se puede descargar desde http://www.philiplaven.com/mieplot.htm
- ^ Philip Laven, "Simulación de arco iris, coronas y glorias mediante el uso de la teoría de Mie", Óptica aplicada Vol. 42, 3, 436-444 (enero de 2003) más varios otros artículos publicados (todos disponibles en http://www.philiplaven.com/Publications.html ).
- ^ Grainger, RG; Lucas, J .; Thomas, GE; Ewan, G. (2004). "El cálculo de derivados de Mie". Apl. Opt . 43 (28): 5386–5393. Código bibliográfico : 2004ApOpt..43.5386G . doi : 10.1364 / AO.43.005386 . PMID 15495430 .
- ^ Mackowski, DW; Altenkirch, RA; Menguc, MP (1990). "Secciones transversales de absorción interna en una esfera estratificada". Óptica aplicada . 29 (10): 1551-1559. Código Bibliográfico : 1990ApOpt..29.1551M . doi : 10.1364 / ao.29.001551 . PMID 20563039 .
- ^ Yang, W (2003). "Algoritmo recursivo mejorado para la dispersión de la luz por una esfera de varias capas". Óptica aplicada . 42 (9): 1710-1720. Código bibliográfico : 2003ApOpt..42.1710Y . doi : 10.1364 / ao.42.001710 . PMID 12665102 .
- ^ a b Toon, OB; Ackerman, TP (1981). "Algoritmos para el cálculo de la dispersión por esferas estratificadas". Óptica aplicada . 20 (20): 3657–3660. Código bibliográfico : 1981ApOpt..20.3657T . doi : 10.1364 / ao.20.003657 . PMID 20372235 .
- ^ Liu, L .; Wang, H .; Yu, B .; Xua, Y .; Shen, J. (2007). "Algoritmo mejorado de dispersión de luz por una esfera revestida". Particuología de China . 5 (3): 230–236. doi : 10.1016 / j.cpart.2007.03.003 .
- ^ http://www.atmos.washington.edu/~ackerman/Mie_code/rtpmie.ackerman.dmiess.f
- ^ / http://www.ugr.es/~aquiran/ciencia/codigos/bart.f
- ^ A Quirantes y AV Delgado, La dispersión de la luz por una suspensión de partículas esféricas recubiertas: efectos de la polidispersidad en las secciones transversales, J. Phys. D: Appl. Phys. 30 (1997) 2123–2131.
- ^ "||" .
- ^ Liu, L .; Wang, H .; Yu, B .; Xu, Y .; Shen, J. (2007). "Algoritmo mejorado de dispersión de luz por una esfera revestida". Particuología de China . 5 (3): 230–236. doi : 10.1016 / j.cpart.2007.03.003 .
- ^ "Biblioteca de programas de CPC" .
- ^ "Dispersión de Mie de campo cercano y lejano por una esfera multicapa: Ovidiopr / scattnlay" . 2019-02-15.
- ^ O Pena y U Pal, Dispersión de radiación EM por una esfera multicapa, Computer Physics Communications, 180, 2348-2354, 2009
- ^ W Yang, algoritmo recursivo mejorado para la dispersión de la luz mediante una esfera de varias capas, Óptica aplicada, vol. 42, No. 9, 2003
- ^ Yu-lin Xu, Bo AS Gustafson, Una solución de Mie multipartícula generalizada: verificación experimental adicional, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 70 (2001) 395–419
- ^ "Scatcodes" .
- ^ "Un código Mie multipartícula generalizado, especialmente adecuado para plasmónicos: Gevero / py_gmm" . 2019-02-11.
- ^ "CELES: Dispersión electromagnética acelerada por CUDA por grandes conjuntos de esferas: Fotónica desordenada / celes" . 2019-02-14.
enlaces externos
- SCATTERLIB: colección de códigos de dispersión de luz