团聚形核壳结构冰晶粒子的激光散射特性

地空链路无线光通信链路上,云层是影响激光传输散射特性的主要因素之一,主要是由水滴、冰水或者具有其他混合的核壳结构冰晶粒子等组成。建立了考虑晶核以及中间混合层结构的2、8和39个球形核壳结构团聚冰晶粒子模型,分析了晶核尺寸对于理想团聚形核壳结构冰晶粒子消光、吸收和散射系数的影响;且通过对均匀混合层折射率的计算,对比了纯冰晶、理想核壳和考虑中间混合层的核壳三种多球团聚形冰晶粒子散射强度随散射角度的变化情况。数值结果表明:理想核壳结构和中间混合层的核壳结构对冰晶粒子的散射特性影响较大;相同条件下,三种不同团聚形核壳结构冰晶粒子消光、吸收和散射系数存在显著差异。该研究结果对冰晶粒子的散射特性研究结果更为精确,为开展无线光信号在随机分布冰云中的传输分析奠定理论基础。     

混合层折射率对核壳冰晶散射特性影响研究

为进一步研究冰晶粒子的激光散射特性,建立了考虑中间混合层的多层核壳冰晶粒子结构模型,给出了均匀混合介质层的折射率计算式。展开讨论了0.86 μm、1.06 μm两波长下,中间混合层厚度、粒子尺寸大小等对烟煤-冰晶、烟煤-冰晶-水雾两种特殊核壳结构冰晶粒子散射特性的影响。数值结果表明:与理想的核壳结构冰晶粒子相比,考虑中间混合层的核壳结构冰晶粒子的散射强度较小,随着核壳结构冰晶粒子分层数的增多,散射特性差异增大。散射强度与粒子尺寸成正比,且随着粒子尺寸的增大,核壳结构冰晶粒子散射光的方向性增强,散射光强随散射角度的分布越复杂。     

卷云短波光学特性

卷云一般分布在对流层上部到平流层下部,它主要由分布在大气高层的各种形状的冰晶粒子组成.冰晶粒子的散射特性在气候模式、辐射传输和遥感领域都具有非常重要的意义.利用Yang等计算的几种冰晶粒子的散射特性数据库,假定卷云粒子谱分布符合Γ分布,得到了卷云的平均单次散射特性,包括实心与中空六棱柱、六角平板、子弹花、聚合物以及星形枝状六种非球形冰晶粒子在短波0.2～5.0μm波段的消光效率因子、吸收效率因子、散射相函数等.展示了卷云短波散射性质随波长、卷云有效尺度和卷云中冰晶粒子形状的变化关系,并分析了其变化的可能原因.     

离散偶极子方法研究雾霾随机簇团粒子的光散射特性

分析硫酸、硫酸、硝酸盐、碳和有机碳等组成的雾霾污染物簇团,基于团簇 -团簇凝聚模型(CCA),对簇团粒子的随机三维结构进行了模拟,构建不同成分,不同形状簇团粒子,在此基础上运用离散偶极子近似法计算了雾霾簇团粒子的光散射性质,进而仿真计算了不同形状的雾霾簇团粒子的光学散射,分析了雾霾簇团粒子散射场强度随散射角、效率因子与尺度因子变化关系,偏振度随散射角的变化结果。计算结果可用于分析大气雾霾特性和大气光传输特性。     

可见光波段非球形沙尘气溶胶散射和辐射特性的理论模拟

将非球形沙尘气溶胶视为具有一定的尺度谱和形状分布的随机取向椭球粒子群,利用T矩阵和改进几何光学方法（IGOM）模拟了非球形沙尘气溶胶粒子在可见光波段（0.47 ）的散射特性,并与实验室测量结果和等体积球形粒子的计算结果进行了比较。结果表明：利用具有一定的尺度谱和形状分布的随机取向椭球粒子模拟自然界中的非球形沙尘粒子散射特性是行之有效的;用等体积球形粒子得到的单散射相矩阵（特别是单散射相函数）与椭球粒子相比,具有明显的差异,而粒子形状对单散射反照率、不对称因子和消光效率的影响明显偏小。通过比较椭球和球形沙尘气溶胶在可见光波段的辐射特性说明在计算非球形沙尘气溶胶辐射特性过程中应考虑粒子形状对其单散射特性的影响。     

一层非均匀随机取向非球形粒子的全极化散射

本文推导了非均匀随机取向非球形粒子散射矩阵的各个元素,得到了矢量辐射传输方程中非对角化的消光矩阵,以及相矩阵。用矢量辐射的积分方程和Mueller矩阵,计算一层非均匀随机取向非球形粒子的全极化散射,讨论了任一极化的同极化和去极化后向散射系数、极化度,VV和hh波之间的相位差,及其与各有关参数的定量的函数关系。     

应用T矩阵法对大气灰霾简单非球形粒子散射特性的计算与分析

针对灰霾天气条件下主要污染物粒子，PM2.5主要组分，以硫酸铵和碳质气溶胶粒子为典型粒子，运用T矩阵方法研究了这两种粒子不同形态的散射特性，包含椭球体（长短轴比a/b=1/2，1/3，2/1），圆柱体（直径与长度比D/L=1/2，1/3，1/1，2/1）及切比雪夫形（多项式n=2，形变参数=-0.1，0.1），两种粒子在不同形态下所对应的散射、消光及吸收效率因子随尺度参数的变化规律。结果表明，硫酸铵非球形粒子在尺度参数小于1时，不同形状粒子效率因子差异很小，从尺度参数大于1开始，散射、消光效率因子随尺度参数先增加后震荡减小，粒子吸收非常弱；而碳质气溶胶粒子在尺度参数小于2时，不同形状粒子效率因子差异很小，尺度参数大于2开始，各效率因子随尺度参数先增加然后缓慢减小，并且对光场具有较强的吸收作用。该研究结果可用于大气灰霾粒子探测分析，发展大气环境污染防护科技。     

一层随机分布的异向材料小椭球粒子的极化散射特征

该文推导了异向材料(Metamaterial)小椭球粒子的复散射振幅函数。构造了一层随机取向的异向材料小椭球粒子全极化散射的Mueller矩阵解。计算和比较了异向材料粒子和通常介质粒子的散射特性、同极化后向散射系数hh, vv, 以及hh－vv 随频率的变化。计算了任一椭圆极化入射下一层非均匀取向的随机分布异向材料粒子的同极化和交叉极化后向散射系数,以及随机粒子产生散射场去极化的极化度。解释了异向材料的媒质参数对粒子散射特性的影响和一层粒子的散射机理。结果表明:与通常介质粒子比较,异向材料粒子的散射产生了特征方向性的增强,全极化散射呈现非对称模式,并且由于异向材料的 和与频率的特殊关系,一层异向材料粒子的hh－vv 随频率有显著的复杂变化。     

复合粒子场散射特性的Mueller矩阵表示

研究了偏振光入射到5种不同粒子大小、2种不同浓度的复合粒子场后散射强度分布,并用Mueller矩阵来描述复合粒子场的散射特性。     

1.064μm波长卷云反射率的模拟研究

为了给激光测距、激光对大气的探测等实际工程应用提供理论依据,采用逐线积分方法计算大气分子吸收,结合离散纵标法,并耦合卷云的单次散射特性,对由实心六棱柱状冰晶粒子组成的卷云在波长为1.064μm时的散射特性和辐射特性进行了理论分析,得到了该波长上激光在卷云中传输时的反射率随入射光源的位置、观测器的位置以及卷云参量(云光学厚度、粒子尺度等)的关系。结果表明,卷云在1.064μm附近对激光的主要影响是散射,吸收在消光中占了很小的部分;其次,卷云的散射明显改变了光辐射的空间分布,散射的方向变化主要由卷云的散射相函数以及光线入射角度和观测角度决定。这一结果对实际工程应用(比如激光测距、激光对大气的探测等)是有帮助的。     

分束李普奇与分束汤普逊棱镜性能的比较分析

为了更好地设计和选择使用分束李普奇棱镜和分束格兰-汤普逊棱镜,从理论上分析了分束李普奇棱镜与分束格兰-汤普逊棱镜的分束角、分离角和光强分束比。结果表明,分束李普奇棱镜和分束格兰-汤普逊棱镜的分束角和光强分束比与棱镜的结构角和副结构角有关;对于相同的结构角和副结构角,两种棱镜的分束角相同,但它们的光强分束比不同。出射的o光与e'光的分离角与副结构角有关;对于o光垂直出射的需要,选用分束李普奇棱镜设计为好;对于大分束角的需要,选用分束格兰-汤普逊棱镜设计为好。选用最佳设计方案可以分别实现两种棱镜光强的对称分束,实验结果与理论计算相符。     

棱镜全息干涉法制作二维光子晶体的研究

模拟了Top-cut棱镜全息干涉生成的各种光学晶格结构,为棱镜法制作光子晶体提供参考。用全息干涉理论分析了top-cut六棱镜多光束干涉生成的光学晶格结构,考虑了光束数目、偏振方向以及位相的不同对晶格结构的影响。改变光束数目可以生成不同周期的正六角、斜六角光学晶格;改变光束偏振特性则影响光学晶格格点的形状;改变光束初位相可以生成蜂窝状结构等。另外还模拟了top-cut五棱镜所生成的十重旋转对称光学准晶结构。并且用平面波展开法计算了六角和蜂窝结构的有机光子晶体带隙图,证明了蜂窝结构更容易产生大的光子带隙。     

Polarimetric observations and theory of millimeter-wave backscatterfrom snow cover

Polarimetric radar measurements carried out at 95 and 225 GHz are presented for fresh and refrozen snow cover. These data indicate that the Mueller matrix for snow cover consisting of spherical ice particles has a relatively simple form, with 10 of the 16 elements approximately zero. Measurements of new-fallen snow consisting of predominantly nonspherical snow crystals are also presented. The anisotropic structure of such snow cover results in a more complex Mueller matrix, fitting the general form for natural surfaces. An analytic expression for the Mueller matrix of isotropic snow cover is derived by computing the response of a semi-infinite layer of scatterers that are insensitive to the orientation of the incident polarization. This matrix is shown to accurately predict the polarimetric response of the snow cover comprised of spherical ice particles based solely on copolarized and cross-polarized radar cross-section measurements     

Mueller matrix elements that characterize scattering from coatedrandom rough surfaces

The Mueller matrix completely characterizes scattered electromagnetic waves. It relates the incident to the scattered Stokes vectors. The Mueller matrix, which contains intensity and relative phase data, is very useful for remote sensing. The Mueller matrix characterizing scattering from coated two-dimensional (2-D) random rough surfaces is obtained from full-wave solutions for the scattered fields considered in the companion paper. The general bistatic scattering case is considered in the analysis. However, for the numerical simulations presented here, the backscatter case is considered in particular, since backscatter is usually measured in remote sensing. The uniformly coated 2-D random rough surfaces are assumed here to be homogeneous and isotropic, with a Gaussian surface-height joint probability-density function. The diffuse incoherent and coherent contributions to the Mueller matrix elements are evaluated. The computer simulations of realistic models of relevant physical problems related to remote sensing of irregular stratified media can be used to determine the optimum modes of detection involving the selection of polarization, frequency, backscatter angle, and the specific Mueller matrix elements most sensitive to changes in medium parameters     

钒酸钇Wollaston棱镜分束特性分析

为了解钒酸钇Wollaston棱镜的分束特性,通过棱镜中的光路分析,得到光束正入射时o光光束和e光光束的分束特性公式,并用MATLAB软件拟合得到棱镜的分束特性关于入射光波长和结构角的变化关系曲线。结果表明,对于一定结构角的棱镜,其分束角具有明显的色散特性,波长越短,分束角越大,且变化也越快,在红外光谱范围,波长对棱镜分束角的影响减小,其分束角趋于稳定;分束角的对称性受波长变化的影响较小,应用中可以忽略。棱镜的结构角与入射光波长对棱镜的透射比均有影响,当棱镜的结构角一定时,透射比随入射光的波长呈振荡性变化,且o光透射比的光谱效应更为明显。该研究可以为棱镜的设计制作和实际使用提供有价值的参考。     

格兰-傅科棱镜空气隙厚度的测量

为了测量格兰-傅科空气隙的厚度,分析了棱镜对单模高斯光束的影响,结果表明：透射光束随光束在棱镜端面上的入射角变化呈现周期性的振荡,且振荡特性与入射光的波长、光强分布特性、棱镜结构角及空气隙的厚度有关,对于给定波长的入射单模高斯光束,由于棱镜的结构角在棱镜胶合之前可以精确测得,所以通过分析这种振荡特性便可以得出棱镜空气隙的厚度,据此,设计实验,并测出了成品棱镜空气隙的厚度。     

一种冰洲石-氟化钡紫外直角分束棱镜设计

为了节省冰洲石晶体材料、并实现偏光棱镜光路的直角分束，采用冰洲石晶体与氟化钡晶体二元复合的方案，设计了一种冰洲石-氟化钡紫外直角分束偏光镜。以波长为265.6nm的紫外光为例给出了设计实例。从理论上分析了入射光经过该偏光棱镜后，e光、o光的分束角和光强分束比随入射角及入射光波长的关系，并通过计算软件作出关系曲线图。结果表明，该偏光棱镜分束角与直角偏差小，e光、o光的光强分束比约为1:1；在240nm~400nm的波段范围内，垂直入射对应的直角分束偏差小于1.0°，光强分束比与1的偏差在0.02以内，具有较宽的光谱适用范围。该研究对直角分束棱镜的设计、制作以及实际使用提供了有价值的参考。     

Manufacture and characteristic analysis of YVO4 laser polarized prisms

A YVO4 crystal Gland-Foucasult prism is manufactured. The relationships between prism structure angle and view field angle are studied with different wavelengths. The results show that the prism with the structure angle of 2 8.180 has a good extinction ratio and the transmission characteristic in both visible and near-infrared regions.     

采用Wollaston棱镜的空间调制干涉成像光谱仪

空间调制干涉成像光谱仪相对时间调制型干涉成像光谱仪具有稳定性强、实时性好、小型化、费用低等特点,Wollaston棱镜分光系统的参数设计直接关系到光谱仪性能的优劣,针对Wollaston棱镜分光原理展开分析和计算,给出不同材料Wollaston棱镜在不同结构角条件下分束角与波长的关系以及不同波长条件下入射角与棱镜厚度的关系,给出了选择和设计Wollaston分光棱镜的一些原则,为可应用于航天遥感的空间调制干涉成像光谱仪的设计及研制提供理论依据。