Coherent light backscattering phenomena of powder-like surfaces
Creators: name: Alhaddad, Samer
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2022

description: In dieser Arbeit wird die Streuung von Licht an pulverförmigen Oberflächen betrachtetund hat dabei einen Fokus auf der kohärenten Doppelstreuung, die eine negative Polarisa-tion und einen Intensitätsanstieg bei der Rückstreuung erzeugt. Die beiden Effekte werdenOppositionsphänomene genannt. Das für eine theoretische Analyse zu lösende elektrody-namische Problem wird numerisch mithilfe des diskontinuierlichen Galerkin-Verfahrens imZeitbereich auf Hochleistungsrechnern gelöst. Simuliert wird dabei die Streuung von un-polarisiertem Licht an den Strukturen, die aus eng angeordneten Teilchen bestehen. Dazugehören binäre Kugeln, Würfel, unregelmäßige Teilchen und dicht gepackte Schichten ausbis zu zehn unregelmäßigen Teilchen. Diese bestehen aus absorbierendem Material undsind dabei viel größer als die Wellenlänge des einfallenden Lichts. Simulationen zeigen,dass die Strukturen einiger weniger unregelmäßiger Teilchen in der Lage sind, den neg-ativen Polarisationseffekt zu klären, der bei natürlichen, pulverartigen Oberflächen undLaborproben beobachtet wird. Simulationen für regelmäßige Formen mit kontrolliertenGeometrien wie Würfel, facettierte Kugeln und Ellipsoide liefern aufschlussreiche Erk-lärungen, welche Rolle die Geometrie und Packungsdichte des Streusystems für die Op-positionsphänomene spielen. Sie zeigen, dass der Interferenz-Mechanismus empfindlichauf die Geometrie der Streuer reagiert und nicht nur zu einer negativen Polarisation,sondern auch zu einer Verstärkung der positiven Polarisation oder sogar zu keiner Polar-isation bei der Rückstreuung führen kann. Selbst zwei zufällig orientierte unregelmäßigeTeilchen zeigen eine schwache negative Polarisation. Im Gegensatz dazu erzeugen einzelneabsorbierende Teilchen keine ...
description: In this work, the scattering of light from powder-like surfaces is considered with focus oncoherent double scattering mechanism, which produces negative polarization and an in-tensity surge at backscattering. Both effects are called opposition phenomena. To analyzethem theoretically, a full-wave electrodynamic problem is solved numerically using thediscontinuous Galerkin time domain method (DGTD) and high performance computing.Unpolarized light scattering from structures consisting of closely positioned particles issimulated. These include binary spheres, cubes, random irregular particles and denselypacked layers of up to ten irregular particles. The particles consist of absorbing mate-rial and have sizes much larger than the wavelength of incident light. Simulations showthat the structures of a few irregular particles are able to the reproduce negative polar-ization effect, that is observed for natural powder-like surfaces and laboratory samples.Simulations for regular shapes with controlled geometries such as cubes, faceted spheresand ellipsoids provided insightful explanation of the role played by geometry and packingdensity of the scattering system on the opposition phenomena. They indicate that theinterference mechanism is sensitive to the geometry of the scatterers and can result notonly in negative polarization, but also, in enhancement of the positive polarization or evenno polarization at backscattering. Even two randomly oriented irregular particles showa weak negative polarization. In contrast, single absorbing particles do not produce it,which confirms double scattering mechanism suggested previously. Adding more particlesto the structure increases the relative contribution of double-scattering, which enhancesnegative polarization near backscattering. Numerical computations did not confirm a di-rect correlation between negative polarization and ...