舰船尾流微气泡光偏振特性分析

用利光散射原理和Mie理论,建立舰船尾流光散射模型,并着重用线偏振光对气泡进行散射仿真,模拟线偏振光经过尾流气泡后,前向散射光与后向散射光的退偏效应的差异,进而提出一种尾流测量的新方法。文章计算了尾流中微小气泡在不同半径、入射光波长和不同散射角条件下光的退偏特性。结果表明,入射光通过尾流气泡散射后,散射光的偏振效应前向退偏程度比后向退偏程度更强,且不同波长入射光和不同直径气泡表现出不同偏振特征,表明对偏振光退偏效应进行探测携带信息量大、容易识别,这对用偏振光进行舰船尾流探测有着重要意义。     

偏振状态下船舰尾流的光散射特性

为了研究船舰尾流的偏振光散射特性,本文用Mie散射理论计算了偏振极化角在0～90°之间分别取6个不同值时船舰尾流气泡（包括单个气泡及气泡幕）的散射相位函数．结果表明：不同极化角偏振入射光的船舰尾流散射相位函数随散射角分布趋势基本相似;散射角在80-140°之间时,不同极化角偏振入射光的船舰尾流散射相位函数曲线分离可辨．     

伪装涂层的偏振散射及其影响因素研究

利用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段测试伪装涂层的偏振散射特征,并提取其中的偏振信息,研究了测试条件对涂层材料散射偏振度的影响.结果表明,测试过程中的光照条件与探测波段对涂层散射偏振度的影响很大.涂层对入射光的散射作用可以分为面散射和体散射两部分.面散射使偏振度增大而体散射具有消偏振的作用;光线垂直入射时,体散射起主要作用,涂层具有较小的偏振度;随着入射角的增大,面散射在散射光中的比例也逐渐增大,成为涂层偏振度的主要影响因素.研究发现在偏振遥感中利用合适的角度和波段进行探测对复杂背景中伪装目标的识别具有重要意义.     

模拟舰船尾流气泡的前向散射

为了系统的研究舰船尾流中气泡的激光前向散射特性,本文通过自行设计的试验系统模拟舰船尾流气泡.结合Mie散射理论和水下光散射特性,探讨了气泡幕激光前向散射特性.实验选用波长为632.8nm的激光,暗室内在不同介质以及不同气泡密度的条件下,测量了气泡幕的激光散射光照度.结果表明散射光照度主要分布在前向0°角附近,散射光与气泡的密度成反比,气泡密度低时外部光照对散射光影响更加明显.     

金属颗粒的光散射模拟

以Mie理论为基础,用数值计算方法分析了金属球型颗粒的光散射特性,给出了金属颗粒对平行入射光的散射强度函数和散射偏振度的数值计算方法。利用Matlab软件模拟得到了散射光强度函数和偏振度随散射角和尺度参量变化的三维图。模拟结果表明:偏振峰个数随尺度参量的增大而增多,偏振峰之间的距离随尺度参量的增大而缩小。这种变化趋势可以作为检测金属颗粒粒径的理论依据。     

模拟尾流气泡幕的灰度图像分析

为了对舰船尾流产生的大量气泡进行实时探测,对气泡的密度分布进行了分类判别,利用灰度图像直方图统计矩法,分析了随着压强增大,灰度直方图的峰值由较暗向较亮方向移动.应用图像处理技术对不同压强下模拟尾流气泡幕的统计特性参数(均值、三阶矩、标准偏差、归一化、一致性、熵)进行分析,研究结果表明:随着压强的增大气泡幕图像的均值递增说明平均灰度级在递增;三阶矩呈递减状态反映了图像灰度直方图的"歪斜程度";在其他4个参数的曲线中0.025 MPa所对应的值说明了所采集的气泡幕图像的纹理特征比0.02 MPa,0.03 MPa,0.035 MPa压强下的要粗糙;所提取的六个特征参数准确的表征了不同压强下气泡幕的特征.     

偏振光子的水下传输特性分析

提出了利用蒙特卡罗法对偏振光子在表层叶绿素浓度不同的4个海域中的水下传输特性进行研究。首先建立了水下量子信道垂直传输模型,基于此模型分析了在4个海域中叶绿素浓度、海水对光信号的吸收系数和散射系数随海水深度的变化规律。随后仿真分析了4个海域中偏振光子的散射、衰减和偏振度特性随传输距离的变化趋势,给出了不同传输距离时计算接收总光子数的公式。仿真结果表明,海水对光信号的吸收和散射作用主要受叶绿素影响;随着不同海域的表层叶绿素浓度增大,光子的散射次数增加,最远接收距离减小,光子偏振度略微降低但基本保持不变。研究结果可以为星-潜量子通信系统的性能分析和建立提供一定的参考。     

船舰尾流单次散射反照率的理论计算

为研究激光在船舰尾流中传输时的散射效应,利用M ie散射理论对船舰尾流单次散射反照率进行了理论计算．结果表明：气泡半径小于0．6μm时单次散射反照率随半径的增大而增大,半径大于0．6μm时,单次散射反照率随气泡半径增大出现波动并且逐渐减小,直至趋于平稳;船舰尾流单次散射反照率随着折射率虚部和实部的增大而减小,波长在0．4～0．8μm之间时船舰尾流单次散射反照率随波长的增大而增大;船舰尾流单次散射反照率在中心区域和远场区域数值高于近场区域,随深度的增加而增加．     

尾流光学特性的数理模型及试验

建立了气泡幕中气泡随半径分布规律的数学物理模型，从单个气泡对激光散射的影响推导出了气泡幕对激光的散射效应的数学表达式，并利用所得到的表达式在实验室条件下进行了相关计算。在气泡幕对激光散射的影响中，对激光偏振化特性的影响进行了区别计算，结果表明，激光的两种偏振化状态对气泡幕散射的影响从粗糙结构来看没有明显差异，但其精细结构有所不同。另外对不扩束和扩束两个条件下的计算明确显示出，扩束条件下散射光的强度是不扩束条件下的二倍以上，但二者的精细结构并没有可见的差别。在不同航速下测量了真实尾流不同几何部位的激光透射特性，测量结果与理论计算结果粗略一致。从透射光的相对强度来分析实验结果，可以认为自然光的影响是一个次要因素。     

地面电磁(光)波散射特性研究

通过计算地面指数相关函数粗糙面的后向散射系数,分析地面粗糙面的电磁散射特性及其体散射对地面后向散射系数的影响;利用解决粗糙面散射理论的新方法———积分方程模型法,分别用4.75 GHz和1.5 GHz频率的电磁波做了具体的数值分析;在小角度入射时,后向散射系数的计算结果与实测值比较吻合,但随着入射角的增大,计算结果和实测值发生了较大的偏离.同时发现地面的反照率、光学厚度、介电常数等因素对体后向散射系数均有一定的影响;垂直极化(VV极化)下,地面体后向散射系数对总散射系数的影响小于水平极化(HH极化),且随着入射角的增大体后向散射系数对总散射系数的影响越来越大.     

基于角锥棱镜的反射式位相延迟系统

针对传统应用于投影系统的线偏振光源中消色差位相延迟器件的制作成本较高的问题,设计了角锥棱镜（corner-cube-reflector）反射式位相延迟系统.利用射线追踪理论分析了当一束线偏振光以不同偏振方位角和不同入射角入射至角锥棱镜后,经过三次全内反射后反方向出射光的偏振特性.使用旋转坐标进行解析,按不同反射顺序、经不同反射面时出射光的琼斯矩阵表达式,计算出不同入射条件下的出射椭圆偏振光的状态参数,得到了出射光偏振状态相对入射光偏振方位角和入射角的变化规律,采用斯托克斯参量法进行了实验验证,得到了最优入射方位角为（-15°,＋15°）,偏振方位角为（-63°,-52°）.     

深粗糙度随机粗糙表面光散射特性数值研究

为了研究深粗糙度随机粗糙表面的光散射现象,采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面,利用矩量法推导了深粗糙度表面的散射光平均差分散射系数。通过数值计算波长为1.064 μm的S和P线偏振入射光照射下的多组良导体表面的平均差分散射系数,发现结果出现了后向增强峰值和朗伯散射现象。根据散射宽度分布、后向增强峰值、散射峰位置等特征,分析了入射角、表面粗糙度与散射分布之间的关系。结果表明,S和P线偏振入射光良导体表面散射场能量守恒特性不同。     

铁电薄膜平均极化性质的研究

是在热力学唯象理论的框架下,研究由两种铁电材料组成的铁电双层膜系统的极化性质.通过引入的两个参量:参量(描述铁电双层膜系统中两种铁电体的物理性能差异)和参量(描述铁电双层膜系统两种铁电体相变温度的差异),研究了不同温度和不同界面耦合系数条件下,铁电双层膜系统平均极化随这两个参量的变化情况.研究表明:参量增大时,铁电双层膜系统的平均极化随之增大.当取固定值时,平均极化随界面耦合系数增大而增大;随着温度t、参量的增大而减小.参量增大时,铁电双层膜系统的平均极化减小.当参量取固定值时,平均极化随着温度t的增大而减小;随着参量、界面耦合系数的增大而增大.     

双基地偏振雷达探测时小旋转椭球雨滴的侧向散射特性

从旋转椭球粒子散射理论出发,给出单个小旋转椭球雨滴在入射不同偏振波时的散射函数,并对其在不同仰角情况的数学图形和物理意义做了讨论,为推导基于椭球雨滴群的双基地偏振雷达方程、研究椭球雨滴群对双基地线偏振雷达探测能力的影响、处理和分析双基地偏振雷达资料,提供了理论依据.     

光学相干断层扫描成像系统中消偏振分光膜的研制

消偏振分束镜能够将光学相干断层扫描干涉成像系统中的信号光进行分束,是光学相干断层扫描成像系统中重要的组成器件。为了减小45度角入射时P光和S光造成的偏振分离,针对成像系统中分光棱镜的参数要求,选择Ti3O5、Al2O3和Mg F2薄膜材料,借助Macleod膜系设计软件,结合Compact Design功能,运用Optimac和Needle Synthesis两种优化方法进行优化设计,选择电子束加热蒸发和离子源辅助沉积的方式镀制薄膜。根据实际镀膜结果,运用Independent Sensitivity功能对膜层敏感度进行分析,并采用Reverse Engineering模块进行逆向模拟分析,判断镀膜误差主要来源于不同监控波长的光控tooling值有细微的差距以及膜层的Final Swing值过大。通过改变不同监控波长的光控tooling值以及对敏感度较高的膜层进行重点监控,制备的消偏振分光膜经过测试,1310±50nm处P光平均透射比为51.47%,S光平均透射比为49.11%,偏振度为4.59%,满足成像系统的使用要求,并通过了环境测试。     

小角前向散射测粒仪探测器偏心对颗粒粒径测量的影响

基于Mie散射理论的小角前向散射激光测粒技术已广泛应用于各种领域。在该测粒技术中要求光电探测单元中心与入射光轴严格对中,以保证测得的散射光能分布及所得粒径分布的准确性,然而在实际测量中很难保证精确对中。利用Mie散射理论,通过模拟计算研究对中不良（主要是偏心）对测量结果的影响,并对结果进行了分析。     

葡萄糖改性水性聚氨酯的制备及性能研究

以二羟甲基丙酸(DMPA)、葡萄糖(PG)为亲水扩连剂和交联剂制备一系列改性阴离子水性聚氨酯自乳化乳液,并制备了改性聚氨酯的固化膜.通过FT-IR对聚合物结构及其膜性能进行了表征,通过动态激光光散射法(DLLS)测定了乳液粒径,并分析了乳液的稳定性、流变性能及固化膜的耐水性、力学性能.FT-IR分析表明葡萄糖已引入聚氨酯主链.随着PG用量的增加,乳液稳定性略有下降.乳液体系的弹性模量G′,损耗模量G″均随着振荡频率的增加而增大.聚氨酯胶膜的耐介质性、力学强度均得到改善.当PG的用量由0%增加至4.68%时,膜的吸水率和吸溶剂率下降,拉伸强度从10.9MPa增加至24.2MPa.     

线偏振光反射时的偏振态分析

激光是一种目前广泛使用的优质光源,而激光基本上是线偏振光,因此研究线偏振光反射时的偏振态便显得十分重要.利用菲涅尔公式讨论了几种不同界面上线偏振光反射时的偏振态,分析了振动方位角的变化情况.