电磁波传播模拟方法技术

一种电磁波传播模拟方法，使用计算机计算出电磁波入射到由包含多个粒子的介质构成的集合体时的电磁波的状态，无论在粒子为非球形的情况下，还是在粒子凝聚或不均匀地分布的情况下，都能够进行模拟。在该电磁波传播模拟方法中，使用计算机计算出电磁波入射到由包含多个粒子的介质构成的集合体时的电磁波的状态，使用ＦＤＴＤ法和辐射传输方程（Ｒａｄｉａｔｉｖｅ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ?Ｅｑｕａｔｉｏｎ）计算出电磁波入射到粒子随机或按一定规则分布的集合体时的电磁波的状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用计算机计算出电磁波入射到包含多个粒子的介质中时的状 态的。
技术介绍
使用计算机计算出电磁波入射到包含多个粒子的介质中时的光的状态的电磁波 传播模拟方法，应用于显示器等的扩散板及滤色镜的设计、墨水、涂料、塑料、染色等着色工 业以及遥感(Remote Sensing)、气象科学、医疗领域的各种测定装置的设计。特别是，液晶显示器具有扩散板、滤色镜，滤色镜在由透明的树脂构成的介质中分 散颜料的粒子，因此要求的是，使用计算机计算出光被照射到包含多个颜料粒子的树脂介 质中时的颜料粒子引起的光的散射、衍射、吸收等光的状态，得到用于设计最适合用于显示 器的扩散板、滤色镜的数据。作为使用计算机计算出电磁波入射到包含多个粒子的介质中时的状态的电磁波 传播模拟方法，以往进行了基于米氏(Mie)散射的模拟(Simulation)。但是，在介质中的粒 子的浓度大的情况下，或介质的厚度大等不能忽略多重散射的情况下，无法进行计算。因此，提出了对预先按统计学方式分散的粒子的位置和属性求出统计学平均的基 于MOM (Method of Moments，矩量法)法的模拟方法(例如，参照非专利文献1 “‘Monte Carlo Simulation of Electromagnetic Wave Propagation in Dense Random Media with Dielectric Spheroids', IEICE Trans. Electron., Vol. E83-C, No. 12, December 2000, P1797-1801”)，但其在适用于金属粒子等复介电常数的绝对值大的粒子时的精度不够。另外，作为多重散射的计算法有辐射传输(Radiative Transfer法，RT法)。该 方法是将各散射粒子或空间的微小区域的散射特性用相函数(Phase Function)来表示，计 算出目标空间的电磁波传播特性的方法。当散射粒子为球形时可使用米氏公式等求出相函 数，但当其为非球形粒子、凝聚体或分布不均勻时等情况下，误差变大，存在难以应用的问 题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的，使用计算机计算出电磁波 入射到由包含多个粒子的介质构成的集合体时的电磁波的状态，即使粒子为非球形的情 况、粒子凝聚或不均勻地分布的情况下，也能够进行模拟。本专利技术人为了解决上述问题，对使用计算机计算出电磁波入射到包含多个粒子的 介质中时的状态的持续锐意研究的结果，发现通过将特定的多个计算 方法编入模拟中，可实现即使粒子为非球形的情况、粒子凝聚或不均勻地分布的情况下也 能进行模拟的，从而完成了本专利技术。即，本专利技术提供下述⑴ (5)的 专利技术。(1) 一种，使用计算机计算出电磁波入射到由包含多个粒子的介质构成的集合体时的电磁波的状态，使用FDTD法(时域有限差分法)和辐射传输方程 计算出电磁波入射到粒子随机或按一定规则分布的集合体时的电磁波的状态。(2)如上述(1)所述的，上述辐射传输方程为4个光束以上的 辐射传输方程。(3)如上述(1)或(2)所述的，作为计算对象的空间为具有一 定的厚度且无限宽广的平板。(4)如上述(1)至(3)中任一项所述的，入射波为相干性低的 电磁波。(5) 一种记录介质，能够通过计算机读取，存储有用于执行电磁波传播模拟的程 序，在该中，使用计算机计算出电磁波入射到由包含多个粒子的介质 构成的集合体时的电磁波的状态，通过FDTD法求出粒子随机或按一定规则分布的集合体 的散射特性，使用上述集合体的散射特性，通过辐射传输方程计算出存在多个上述集合体 的空间的电磁波传播特性。根据本专利技术，进行使用计算机计算出电磁波入射到由包含多个粒子的介质构成的 集合体时的状态的电磁波传播模拟时，即使粒子为非球形的情况、粒子凝聚或不均勻地分 布的情况下，都能够进行模拟，并且即使在介质中的粒子的浓度高的情况下，也能够在现实 的时间范围内进行模拟。特别是，无论电磁波相干(Coherent)还是不相干，都能模拟出将 粒子的大小和形状任意地设定时的电磁波的反射、透射、吸收、散射等状态。因此，可用于显 示器用滤色镜及扩散板等光学部件、具有窄波长范围的吸收或透射性能的陷波滤波器以及 具有特殊的光学性能的新光学部件的设计中，并且还能应用于遥感、医疗相关的测定及检 查中，因而本专利技术在工业上非常有用。附图说明图1是表示使用蒙特卡洛法使半径IOnm的银的球形粒子在折射率1. 5的介质中 随机分布以形成半径IOOnm的团簇(Cluster)的模型的图。图2是表示在将半径IOnm的银的球形粒子形成团簇的模型作为对象利用本专利技术 的方法进行模拟的实施例1中，吸光截面积和散射截面积随波长变化的结果的图。图3是表示在将半径lOnm、高度30nm的圆柱状的银粒子形成团簇的模型作为对象 利用本专利技术的方法进行模拟的实施例2中，吸光截面积和散射截面积随波长变化的结果的 图。图4是表示在将半径lOnm、高度30nm的银的圆柱状粒子形成团簇的模型作为对象 利用本专利技术的方法进行模拟的实施例3中，吸光截面积和散射截面积随波长变化的结果的 图。图5是表示在对银的球形粒子和银的圆柱状粒子应用现有的米氏理论进行模拟 的比较例1中，消光截面积和散射截面积随波长变化的结果的图。图6是表示设100 μ m厚度的平板的与入射面相反一侧的面上存在反射率0. 8的 反射板、入射光垂直地入射到平板的入射面时，通过本专利技术的方法进行散射光量以及吸收 光量的模拟时的实施例4中，散射光量以及吸收光量随波长变化的结果的图。图7是表示将由折射率1. 5的树脂构成的厚度3 μ m的平板中加入半径IOOnm的球形的银粒子的模型作为对象，且相干光和非相干光均等地混合的光垂直地入射到平板的 情况下，进行本专利技术的模拟的实施例5的结果的图。图8是表示将由折射率1. 5的树脂构成的厚度3 μ m的平板中半径IOnm的球形的 银粒子形成团簇的模型作为对象，且相干光和非相干光均等地混合的光垂直地入射到平板 的情况下，进行本专利技术的模拟的实施例6的结果的图。图9是表示将由折射率1. 5的树脂构成的厚度3μπι的平板中半径IOnm且长度 30nm的圆柱形的银粒子形成团簇的模型作为对象，且相干光和非相干光均等地混合的光垂 直地入射到平板的情况下，进行本专利技术的模拟的实施例7的结果的图。图10是表示制作在由折射率1. 5的树脂构成的厚度3 μ m的平板中使半径IOOnm 的球形的银粒子随机分散以使银粒子的浓度为1体积％的模型，并对相干光和非相干光均 等地混合的光相对于平板的垂线的角度为30. 556度和70. 124度的两个光束，进行本专利技术 的模拟的实施例8的结果的图。图11是表示制作使用蒙特卡洛法在由折射率1. 5的树脂构成的厚度3 μ m的平板 中使半径IOnm的球形的银粒子随机分布以形成半径IOOnm的团簇的模型，并对相干光和非 相干光均等地混合的光相对于平板的垂线的角度为30. 556度和70. 124度的两个光束，进 行本专利技术的模拟的实施例9的结果的图。图12是表示制作使用蒙特卡洛法在由折射率1. 5的树脂构成的厚度3 μ m的平板 中使半径IOnm且长度30nm的圆柱形的银粒子随机分布以形成半径IOOnm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁波传播模拟方法，使用计算机计算出电磁波入射到由包含多个粒子的介质构成的集合体时的电磁波的状态，其特征在于，使用时域有限差分法和辐射传输方程计算出电磁波入射到粒子随机或按一定规则分布的集合体时的电磁波的状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：萨斯瓦提芭奈慈，中塚木代春，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]