随机粗糙表面电磁散射特性的双尺度法

介绍了双尺度法计算随机粗糙表面后向散射系数的方法,同时采用蒙特卡洛法仿真了单尺度和双尺度的二维随机粗糙表面。利用基尔霍夫近似、微扰法和双尺度法分别计算了粗糙面的后向散射系数,并且比较了这三种方法计算的结果,显示出了双尺度法在研究粗糙面电磁散射特性的优越性。     

火灾烟颗粒群多分散与单分散光散射模型的比较研究

基于T矩阵法,取入射激光的波长分别为300、633、800nm,对正庚烷火烟颗粒群分形结构的多分散模型、单分散模型以及等体积的球形模型的光散射Muller矩阵元素随散射角的分布特性进行了详细的比较分析。结果表明,当λ=300nm时,散射光能很好地反映正庚烷火烟颗粒凝团的分形结构及凝团中基本颗粒的分布特性;当λ=633nm时,正庚烷火烟颗粒群分形结构的多分散模型和单分散模型的光散射特性基本一致;当λ=800nm时,正庚烷火烟颗粒群3种模型的光散射特性趋于一致。     

光学散射法表面特征的测量与分析*

光学表面评价和检测对光学研究, 尤其是短波段光学研究具有重要的意义。介绍了短波段掠入射表面散射线性模型, 并根据这个理论, 建立了软X 射线掠入射表面逆散射模型。利用这个数学模型对由软X 射线反射率计测得的数据进行计算, 得到通过散射测量所获得的样品表面特征值, 所测结果与WYKO 测量结果吻合。测量结果表明: 掠入射软X 射线光学散射法能够较为精确地计算出光滑表面粗糙度和表面自相关函数, 可以很直观地反应出光学表面形貌特征。     

粗糙金属和介质目标的太赫兹散射特性分析

太赫兹频段金属和介质粗糙目标的散射特性是研究太赫兹雷达目标特性的重要基础。当目标表面的主曲率半径远远大于入射波长,且粗糙表面高度起伏与斜率起伏远小于入射波长时,根据稳定相位法和标量近似法,可获得粗糙金属和介质目标的相干散射截面和非相干散射截面。基于稳定相位法,任意目标的相干散射截面可退化为粗糙导体、光滑介质和粗糙介质目标的相干散射。该文分析了电大尺寸光滑金属铝和介质白漆球的散射截面,与Mie理论计算的介质球的散射特性吻合,散射截面误差小于0.1 dBm2。采用朗伯定理,验证了粗糙介质球的太赫兹非相干散射精确解,当目标表面剖分精度越高,非相干散射的计算精度越高。该文数值计算了粗糙介质球的太赫兹相干和非相干散射特性,分析了表面粗糙度和表面材料对散射特性的影响,为电大尺寸空间目标太赫兹散射特性分析提供了理论基础。      

湿蒸汽参数后向异轴散射测量模型的优化及实验研究

为了能够对汽轮机湿蒸汽各参数的变化进行精准的监测,提高汽轮机内部除湿技术和机组的运行效率,对湿蒸汽参数后向异轴散射测量模型进行了优化和实验研究。基于Mie散射理论建立了湿蒸汽测量模型,对原散射体的几何模型进行优化;通过MATLAB对该模型进行了仿真模拟,计算得到当接收距离d=0.32 m,水滴群质量中间半径r0.5=1 μm,尺寸分布参数K=5和水滴数浓度N=2.5×1011时,散射光强值达到最佳。利用相减消光法和均值滤波法对CCD相机信号进行了提取和处理,并对不同工况下的湿蒸汽参数进行了实验测量计算与反演,实验反演的结果和仿真模拟的结果变化趋势吻合。研究结果验证了基于CCD的后向异轴散射测量模型的准确性和测量汽轮机蒸汽湿度实验研究的可行性,为今后的汽轮机蒸汽湿度测量提供了科学依据。     

测量薄膜微粗糙度的总积分散射仪

介绍了一种检测光学薄膜表面总积分散射（TIS）分布的总积分散射仪。对仪器的基本结构、理论基础、测量原理以及系统性能等进行了阐述，提出了抑制系统噪音和提高测量精度的有效措施。利用该仪器对K9基底上的银（Ag）膜和氧化锆（ZrO2）薄膜进行了测量，并根据标量散射理论得到了表面均方根（RMS）粗糙度。利用光学轮廓仪和原子力显微镜（AFM）分别测量了上述Ag膜和ZrO2薄膜的表面均方根粗糙度，并与总积分散射仪所得的粗糙度进行了比较。结果表明，根据测量的薄膜表面总积分散射计算得到的表面均方根粗糙度与光学轮廓仪及原子力显微镜测量得到的表面均方根粗糙度符合得较好，相差在0．01～0．13nm范围内。     

光学散射法表面特征的测量与分析

光学表面评价和检测对光学研究，尤其是短波段光学研究具有重要的意义。介绍了短波段掠入射表面散射线性模型，并根据这个理论，建立了软X射线掠入射表面逆散射模型。利用这个数学模型对由软X射线反射率计测得的数据进行计算，得到通过散射测量所获得的样品表面特征值，所测结果与WYKO测量结果吻合。测量结果表明：掠入射软X射线光学散射法能够较为精确地计算出光滑表面粗糙度和表面自相关函数，可以很直观地反应出光学表面形貌特征。     

圆锥后向激光雷达散射截面大相干分量的理论研究

本文根据粗糙表面的电磁散射理论计算了圆锥的后向激光雷达散射截面（ＬＲＣＳ）的非相干分量，分析了其随表面粗糙度的变化规律，并对非相干分量的概念进行了较为详细的阐述，希望能对外场全尺寸目标测量及实验室缩比模型的ＬＲＣＳＩ测量研究，提供一定的参考依据。     

海面上舰船目标的紫外散射特性研究

基于粗糙面双向反射分布函数(BRDF)模型,考虑海面的影响,设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性。运用大气传输软件MODTRAN,计算了0.3～0.4mm波段太阳、天空背景的紫外辐射特性;根据粗糙面散射理论,分别对海面和目标表面进行BRDF建模,并讨论了面元的光散射特性;设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度。结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素,都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响,为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据。     

海洋粗糙面全极化电磁散射特性研究

针对基于几何光学-微扰法(GO-SPM)的传统双尺度模型对截断波数敏感的问题,该文建立了一种基于几何光学-小斜率近似(GO-SSA)的改进双尺度模型。该模型将小尺度部分的微扰法替换为一阶小斜率近似,并改进镜向分量的几何光学解。仿真表明该方法在获取传统双尺度精度的同时,不需要考虑截断波数的选取问题。针对Elfouhaily海浪谱模型的特点,简化GO-SSA积分形式。最后采用GO-SSA对以Elfouhaily海浪谱建模的海表面的单双站极化散射特性进行了仿真分析。发现双站极化散射中,粗糙表面的斜率调制导致交叉极化出现了异于传统模型的分布。同时在全空域的双站极化散射仿真中,发现所有的极化方式在方位向内均存在极小值。该极小值的大小与环境参数密切相关,在环境参数反演方面具有应用潜力。     

全尺寸目标激光脉冲后向散射回波功率测定和建模

运用粗糙面散射、激光脉冲散射理论,结合复杂目标粗糙表面相关建模参数,建立用于计算全尺寸复杂目标激光脉冲后向散射功率的理论模型.实验测量一种空中缩比目标模型后向散射激光脉冲回波功率,获取该缩比目标激光脉冲后向散射功率随接受天顶角的变化曲线.比较理论建模与实验测量数据,分析实验误差,证明了该理论模型的正确性.将建立的理论模型进一步应用于计算非合作空间全尺寸目标的激光脉冲回波功率.计算结果能够预估空间目标的激光散射特征,解决一些关于空间目标激光脉冲光学特征工程的应用问题.     

激光三角位移计接收光功率与被测表面倾斜的关系及倾斜角测量

以激光在粗糙物体表面的散射理论为基础．详细讨论了被测表面倾斜与激光三角位移计接收光功率的关系，在此基础上提出了在测位移的同时测量该倾斜角的方法．给出了计算机模拟及实测的结果。     

典型粗糙表面激光后向散射特性实验

对现有的粗糙度比较样块和其他典型粗糙目标进行了后向光散射特性的实验。实验结果表明,当入射光为632.8 nm波长时,随着入射角的增大,不同的被测目标的散射强度变化得比较明显。如果被测目标的表面斜率均方根比较接近,可以发现它们整体的散射光强度变化趋势几乎一样,而且它们的偏振度也相差不大。表面斜率很小的被测目标,相对其他被测目标,其散射光光强明显大很多,其偏振度也是最大的,说明相对光滑的表面探测到的后向散射光强度比相对粗糙表面探测到的散射光强度大得多。文中关于典型粗糙表面后向散射偏振特性的研究结果对于探讨进行目标识别的理论及应用方面有一定的价值。     

水泥路面激光散射特性研究

为了通过激光散射特性识别不同粗糙程度水泥路面, 设计了路面粗糙度测量系统。使用千分表测量水泥路面高度分布, 计算高度均方根与相关长度。根据以上参量采用功率谱频域滤波生成随机粗糙表面以模拟水泥路面, 通过切平面近似将粗糙面离散为大量微面元, 由菲涅耳公式计算本地场, 利用蒙特卡罗方法获取不同偏振光入射条件下粗糙面双向与后向散射光强度统计平均值。基于虚拟仪器技术进行高精度自动化激光散射测量, 并根据实验数据对理论模型进行了验证。结果表明, 双向散射小粗糙度水泥路面散射光强度在镜像方向散射角40°附近具有峰值90lx, 在镜像方向两侧逐步递减, 大粗糙度水泥路面光学特性近似为朗伯体, 散射光强度在各散射角方向变化不大; 后向散射在垂直入射时, 小粗糙度水泥路面散射光强度峰值为103lx, 随散射角增大逐渐递减, 大粗糙度水泥路面具有朗伯体散射特征。此研究结果可为车辆自主驾驶方案路面信息感知提供参考。     

复杂背景下大尺寸目标激光散射回波能量的计算

由于实际环境的复杂性，理论计算大尺寸复杂目标粗糙表面的激光散射回波能量影响一直十分困难。将随机介质离散粒子光散射理论和粗糙面光散射理论结合起来，利用计算机图形学精确建立复杂目标的几何模型。依据复杂目标粗糙表面特征，并考虑沙尘、雾等环境特性对激光传输的影响。计算了大尺寸复杂目标粗糙表面激光散射在复杂环境下回波能量随不同观测角度和能见度的变化情况。计算结果可用于目标特征提取、识别和分类，满足工程精度需求。     

相干背散射法测量微结构光纤中的光子局域化

光子局域化是光子晶体的重要性质,提出采用相干背散射法对微结构光纤(MOFs)进行测量,为了便于理解并解释光子局域化的理论,在可见光波段分别测量了石英晶体、集束式微结构光纤和双芯型微结构光纤,应用光波经典扩散理论,搭建了实验平台。实验结果表明,对石英晶体的探测没有发现相干现象,而在575 nm左右微结构光纤中产生了很强的干涉。分析认为是由于二维微结构光纤的端面中分布着从节区到脉区变化的周期结构,尺寸约为500~600 nm,相当于一些不连续的散射粒子,当入射575 nm光波长和这些粒子的尺寸相接近时,满足了光子局域化的条件,便产生了强烈的背相散射相干现象。     

基于激光散射原理的表面粗糙度测量方法研究

文章基于Beckmann散射模型,提出一种表面粗糙度的在线测量方法。以半导体激光器为光源构成远心光路,通过线阵CCD记录粗糙物体表面的散射光场。计算机分析处理得到表面粗糙度特征值Sn,在较大的范围内表面粗糙度Ra和Sn有很好的对应关系。该测量方法结构简单、精度高、速度快,可以对不同加工方法的工件表面粗糙度实现非接触实时检测,在工件的在线检测方面有很好的发展前景。     

激光海面漫反射解析特性研究

为了解决激光在海战中的应用瓶颈问题,采用基尔霍夫近似的方法对激光海面漫反射特性进行了研究。通过对激光光束入射海面后产生的散射场的分析、计算,并采用遮蔽函数对计算过程中的阴影效应加以修正,得出了较为准确的二维激光海面双站散射系数。最后通过分析,得出了海面粗糙度、入射角度与激光漫反射率之间的关系,为相关的研究提供了一定的理论依据。     

硬盘盘片表面疵病检测装置的光学系统设计

为了检测硬盘盘片表面疵病的大小是否符合标准,设计了一种检测装置.采用光的散射理论,结合硬盘盘片表面疵病的粗糙度等级和实验结果,利用光照射到粗糙表面时发生的散射现象、散射光的特性以及散射模型建立的理论基础,对4种散射模型进行了分析和比较.并以混合型散射模型为基础,利用光学设计软件完成了该检测装置的光学系统设计.结果表明,混合型散射模型的散射角最大、散射能量密度最大,最适合用于反映硬盘盘片表面疵病造成的散射现象.     

激光引信目标近场散射特性研究

基于激光引信近场散射模型,采用波速分割技术来处理宽波束局部照射目标的散射功率的计算,提出一种激光近场散射仿真算法,并运用计算机仿真技术结合粗糙面光散射理论,模拟计算激光引信接收功率,计算结果与实际测量吻合的较好。