文档介绍：半空间方法在检测基片镶嵌
缺陷粒子中的应用
巩蕾1, 高明1, 吴振森2
(,陕西西安 710032;
2. 西安电子科技大学理学院,陕西西安 710071)
摘要(目的)为了更好地做好基片缺陷粒子的无损检测工作,(方法)本文使用三波技术给出了半空间问题相应的连接边界条件,将互易性定理应用到近远场外推中使场变换过程大大简化,给出了一种行之有效的计算基片与镶嵌缺陷粒子散射的方法。(结果)数值计算中与矩量法(MOM)做了比较,验证了方法的有效性。给出p偏振和s偏振下镶嵌Cu和SiO2球体缺陷粒子的微分散射截面和电场分布。(结论)结果显示:介质缺陷的微分散射截面的值小于同条件下金属缺陷粒子的值。在s偏振电场强度分布差值数量级仅为10-7,不利于通过分析场值分布特点反演缺陷特征值。工程上建议使用p偏振光对基片进行无损检测。
关键词半空间方法复合散射镶嵌缺陷粒子基片
1 引言基金辅助:国家自然科学基金资助项目(61172031)
作者简介:巩蕾(1981–),女,西安工业大学光电工程学院,博士,主要从事基片及缺陷间的复合偏振光散射及辐射力等方面的研究。Email:zzgonglei@手机:**********.
(研究的重要意义)在基片无损检测的激光散射研究中,缺陷粒子作为散射体处于基片的散射环境中。对于缺陷来说,需要考虑基片和缺陷的复合散射,即受照射的不仅有入射波,还有基片的反射波。因此半空间环境的散射分析对于基片无损检测工程具有重要的意义。
如何对半空间环境下的散射问题进行精确建模仿真一直是计算电磁学领域备受关注的课题[1-3] 。对于半空间方法的计算中与自由空间相比,最大差别在于激励源的引入方式即连接边界处除入射波还存在反射波和透射波。(前人的研究进展)Yi等人[4]提出了纵向侧边界模拟半空间入射波得引入。Winton等人[5]讨论了半空间总场-散射场边界处加入时域平面波源的直接方法,给出含有斜入射角度的一维Maxwell方程。Wong等人[6]提出了三波法来解决半空间激励源的引入问题。姜燕南等人[7, 8]在半空间问题中提出了斜入射平面波的混合引入方式,即对总场-散射场的四个边界面采取不同的处理方式。本文首先结合三波技术引入激励源,给出了半空间问题相应的连接边界条件。(本文的切入点)将互易性定理应用到近远场外推中,使这个关键技术大大简化。(研究拟解决的关键问题)数值计算分析了镶嵌于基片中的球体缺陷粒子的散射问题。将本文结果与MOM矩量法做了比较,验证了程序的有效性。给出p偏振和s偏振下镶嵌冗余Cu和SiO2球体粒子的微分散射截面及电场分布。为基片无损检测工程提供了强有力的理论基础。
2 半空间方法简介
半空间问题的边界条件
在半空间问题中,入射波在基片表面产生反射和透射,上半空间存在入射场和反射场,下半空间存在透射场,即三波技术[6]。图1给出了TE波半空间问题的散射区域示意图。设入射电磁波场强为;反射电磁波场强为,透射电磁波场强为,散射电磁波场强为。则上半空间场强表示为:
(1)
(2)
下半空间场表示为:
(3)
(4)
图2给出了入射角及方位角几何示意图。设入射波沿,方向入射,定义入射面所在的坐标面为面,即假定=0。入射波电场矢量分解为垂直于入射面和平行于入射面