УДК 124.16+541.128.7
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЙ В ПРОЗРАЧНОЙ МАТРИЦЕ
Кафедра химии твёрдого тела
ГОУ ВПО Кемеровский государственный университет
*****@***ru
В рамках микроочаговой модели инициирования взрывного разложения энергетических материалов лазерным излучением считается, что в объеме вещества есть включения, сильно поглощающие лазерное излучение. Вследствие разогрева вблизи включения, во время действия импульса происходит значительное повышение температуры и образования очага реакции. Величина разогрева, а, следовательно, и возможность возникновения очага реакции, сильно зависит от энергии поглощенной включением.
В рамках теории Ми коэффициенты эффективности поглощения включения определяются как сумма бесконечного ряда от коэффициентов разложения электрического и магнитного поля рассеянной световой волны по специальным функциям Риккати-Бесселя, которые определяются из граничных условий на поверхности включения. Для расчета специальных функций и их производных используются рекуррентные соотношения.
Наиболее важным параметром при расчётах является значение показателя преломления металлического включения.
Цель работы: сравнительный анализ известных литературных данных по комплексному показателю преломления металлических нановключений и определение возможного влияния их на значения коэффициентов эффективности поглощения.
В [1] приведено большое количество экспериментальных данных по комплексному показателю преломления. Они сильно разнятся по длинам волн излучения и способу измерения для одного и того же металла. На рисунке 1 представлены значения действительной (х) и мнимой части (о) комплексного показателя преломления включения серебра в зависимости от длины волны падающего излучения.
|
Рис.1. Значения действительной (х) и мнимой (о) части комплексного показателя преломления включения серебра в зависимости от длины волны (L) падающего излучения. Согласно табличным данным из [1]. |
Используя эти данные, в рамках теории Ми, были рассчитаны коэффициенты эффективности поглощения для включений серебра различного радиуса в матрице азида серебра, а также радиус включений имеющих максимальный коэффициент эффективности поглощения. Полученные зависимости Qabs и rmax от длины волны падающего излучения приведены на рисунках 2 и 3 соответственно.
|
Рис.2. Зависимость коэффициента эффективности поглощения для включений серебра в матрице азида серебра при различных длинах волн падающего излучения (L). Символами “o”,“*”,“+” обозначены различные серии исходных данных. |
|
Рис.3. Зависимость радиуса включения с максимальной эффективностью поглощения для включений серебра в матрице азида серебра при различных длинах волн падающего излучения (L). Символами “o”,“*”,“+” обозначены различные серии исходных данных. |
Для иллюстрации влияния исходных данных на результаты расчетов была построена зависимость сечения поглощения от длины волны падающего излучения (Рис. 4), рассчитанная по формуле:
где 
-геометрическое сечение шара.
|
Рис.4. Зависимость сечения поглощения для включений серебра в матрице азида серебра при различных длинах волн падающего излучения (L). Символами “o”,“*”,“+” обозначены различные серии исходных данных. |
Из рисунка 4 видно, что даже незначительные вариации в исходных данных на выходе приводят к большому разбросу результатов расчета. Этот факт дает основания полагать, что для надежных расчетов эффективности поглощения включений необходимо точное измерение комплексного показателя преломления.
Для более убедительной иллюстрации была выбрана определенная длина волны излучения (400нм) для которой имеются различные экспериментальные данные для комплексного показателя преломления серебра 1 (n=0.084 -2.086i),2 (n=0.075-1.93i) [1]. Была рассчитана зависимость эффективности поглощения излучения включения при данных параметрах в матрице азида серебра Рис. 5.
|
Рис.5. Значения коэффициента эффективности поглощения для включений серебра в матрице азида серебра при облучении излучением с длиной волны 400нм. 1: n=0.084 -2.086i, 2: n=0.075-1.93i.[1] |
На рисунке 5 видно, что максимальные значения эффективности поглощения находятся друг под другом, хотя значения максимума поглощения для кривой 1: Qmax = 0.3266 ,а для 2: Qmax = 0.2223 отличаются почти в полтора раза.
Выводы: Проведен сравнительный анализ известных литературных данных по комплексному показателю преломления, который показал значительное влияние исходных данных на коэффициент эффективности поглощения.
Для надежного расчета коэффициент эффективности поглощения излучения наноразмерными включениями необходимо точное измерение показателя преломления включения на исследуемой длине волны.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 11-03-00897).
Литература
1. , , // Оптические постоянные природных и технических сред. Л.: Химия, 1984.
Научный руководитель - д. ф.-м. н. д. ф.-м. н., профессор
