激光探测尾流微气泡的偏振特性研究

为了研究尾流中激光照明气泡幕的散射光强度和偏振的特性,利用基于偏振光传输的蒙特卡洛模型,对偏振激光入射含气泡群水体的三维空间分布模式进行仿真计算。研究了气泡和气泡群在不同气泡尺度,不同散射角条件下的散射光强和偏振状态;分析了气泡幕的气泡数密度,厚度对于散射光强度和偏振状态的影响。研究表明,散射光的强度和偏振度对气泡尺度和散射角较为敏感,气泡尺度参数越大,散射光强和偏振特征越趋向于集中在传输方向的小角度散射;气泡幕的数密度和厚度越大,散射光的强度随散射角度变化的敏感度下降,退偏振效果增强。     

圆偏振光和线偏振光散射特性分析与比较

本文对圆偏振态和线偏振态两种光束在激射粒子场散射中的散射特性进行了对比和分析。散射粒子直径分别为：1．24μm、0．494μm、0．36μm、0．123μm、0．065μm。以粒子与水技不同比例混合液，作为散射粒子场．所得结果表明，散射光强度总是相对入射光束的偏振面呈对称分布；散射光强度对散射粒子大小敏感而与入射光偏振态无关；散射光中垂直偏振分量在两种光入射下存在完全不同的状态分布。     

湿度对偏振光传输特性影响的研究

城市污染的日益增强导致大气环境中烟煤粒子含量不断上升,为了进一步研究烟煤环境下湿度对偏振光传输特性的影响,研究气溶胶粒子的半径及折射率等参数随湿度的改变情况,并采用蒙特卡洛的仿真方法,模拟不同入射偏振光在烟煤介质中的传输过程,得到出射光斯托克斯参量的仿真图样及偏振特性。结果表明:烟煤环境下相对湿度的变化对偏振特性有规律性的影响。随着相对湿度的增加,线偏振光入射时出射光的偏振特性逐渐增强,且能很好的保持自身的偏振态;圆偏振光入射时出射光的偏振度在相对湿度为85%时达到最大值,偏振度及偏振角波动较大且无明显规律。因此随着相对湿度的增加入射光为线偏振光时出射光在保持偏振态及偏振特性增强方面更具优势。     

船舰远程尾流散射光偏振特性的蒙特卡洛模拟

为了研究船舰尾流气泡幕散射光的偏振特性,利用偏振光传输的蒙特卡洛模型模拟了不同偏振态入射光经过船舰尾流时散射光偏振度的二维空间分布模式,分析了偏振度的径向分布与气泡半径、气泡散射系数和气泡幕厚度的关系。研究表明,尾流气泡幕散射光的偏振度的二维分布具有空间方位选择性,不同状态入射光的分布模式差异明显;随着气泡半径的增大,尾流气泡幕前向散射光偏振度二维分布的图像的空间方位选择特性减小;随着散射系数的增大,尾流气泡幕前向散射光的偏振度数值减小;随着气泡幕厚度的增加,尾流气泡幕前向散射光的偏振度数值减小。     

基于偏振信息恢复的光通信

基于斯托克斯矢量和MC算法,在各种散射系统中研究了偏振信息的传输性能。根据偏振光斯托克斯矢量的散射特性,提出了一种能够减少散射对入射偏振光影响的PR方法。为了验证PR方法的有效性和实用性,仿真了在不同实际大气和水下环境,偏振传输和偏振信息恢复的结果。仿真结果表明,PR方法更适用于粒子半径相对大的杂乱媒介,并且长波可以有效地减少偏振信息的损失。此外,仿真结果也表明,在非均匀的大气媒介中下行和上行链路是不可逆的。在水下,PR方法同样用来减小散射对于光的偏振度的影响。通过PR方法,线偏振度的最大增强可达到16%。这些结果对于未来大气,水下量子保密通信具有重要的意义。     

单粒子与复合粒子散射强度的计算与分析

根据Mie散射理论,对金属单粒子和复合粒子的散射强度和偏振度进行了数值计算与理论分析,得到了两类散射体的散射强度、偏振度与散射角、入射波长及壳层厚度之间的关系。结果表明,随着入射波长的增大,复合粒子的前向散射增强,背向散射未变化;偏振度峰值和峰位易出现明显的退偏振现象,明显区别于金属单粒子散射行为。该结论对两类金属材料光学特性方面的开发和应用提供了理论参考。     

单层二氧化钛薄膜的偏振散射特性

为了用散射法研究单层薄膜表面粗糙度的变化规律,以光学薄膜矢量光散射理论为基础,分析了单层二氧化钛薄膜分别在完全相关和完全非相关模型下的偏振双向反射分布函数,以及P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp随散射方位角的变化关系。理论研究结果表明:随着散射方位角的变化,P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp强烈依赖于膜层界面粗糙度的相关特性。在完全相关模型下,随着入射角的增加,BRDFpp随着散射方位角变化时所出现的谷值会随着入射角的增加而减小。     

多粒子散射的偏振传输特性分析

针对多因素影响下偏振光在散射介质中的一般传输特性,系统分析了入射光波长、介质厚度、粒子参数和入射光偏振态等物理属性对偏振光子传输特性的影响。采用蒙特卡罗方法,追踪每个光子的偏振态变化,通过统计分析偏振度变化曲线得到光经过多次散射后的斯托克斯矢量和偏振信息,并对偏振光在散射介质中的传输规律进行分析。仿真实验表明相对于波长比较大的粒子对入射光的偏振态改变较小;线偏振光能较好地保持自身偏振态;圆偏振光能够在较短时间内重新恢复自身偏振状态,粒子半径越大恢复能力越强,并且在向前传输的过程中其旋转方向会发生改变。     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.     

不同湿度环境下可见光波段激光偏振特性研究

雾霾天气严重干扰了可见光成像效果,利用可见光偏振特性可以有效提升探测效率。雾霾环境会受到气溶胶颗粒湿度的影响,湿度是雾霾环境重要物理参数。为了获得可见光在雾霾环境的偏振特性规律,分析了环境湿度对偏振特性的影响。在非偏振光气溶胶单粒子散射特性基础上,采用改进蒙特卡罗方法建立了偏振传输模型,对不同湿度水雾环境下可见波段偏振光传输特性进行研究,重点分析水雾环境湿度改变对不同可见光波段偏振光偏振特性的影响情况并建立了接近真实水雾环境,通过室内实验对偏振模型进行验证,对不同湿度环境下的 450、532 、671 nm 线偏振光与圆偏振光的偏振度与偏振态改变进行了比较与分析,仿真模型置信度>60%。研究结果表明:偏振光的偏振度随水雾环境湿度是呈下降趋势。随着波长的增大,偏振度变化趋于平缓,出射偏振度随着波长的增加而变大,当激光波长为 450、532、671 nm 时,偏振度下降点的湿度值分别为 50%、70%、90%;圆偏振光入射,圆偏振光的旋性对于偏振度没有影响,且高于线偏振度值。对于水雾这种容易受湿度影响较大的环境而言,在可见光波段,应该尽量选择较长波长的偏振光进行传输探测,因为湿度对较短波长的影响比较长波长的影响要大,所以,在湿度较大的环境中,较长波长的圆偏振光是偏振保持特性最好的。在湿度较大的环境中,应尽量选取波长较长的偏振光成像,以达到较好的成像效果。     

海浪光散射特性的理论研究

用随机镜面模型建立分析海浪光散射特性的理论方法。计算了太阳光照射下不同海况海浪散射的空间分布变化趋势，表明随着海面均方根斜率增大，散射分布半峰宽度不断增大。     

Fully polarimetric bistatic radar scattering behavior of forestedhills

The bistatic radar scattering measurements of forested hills were performed at grazing incidence and at azimuth scattering angles from 28° to 66° from the forward scatter plane. Using pulse-to-pulse switching between orthogonal transmitted polarizations, the radar simultaneously measures two orthogonally polarized components of the scattered wave to obtain full polarimetric information about the scattering process. These are the first fully polarimetric terrain clutter measurements to be conducted at large bistatic angles. The complete Stokes matrix, computed by averaging successive realizations of the polarization scattering matrix, is used to examine the polarization sensitivity of the bistatic clutter. It is found that the polarization state of the EM wave scattered out of the plane of incidence strongly depends on the polarization orientation of the incident electric field. Unlike the monostatic case, these two incident wave polarization states are found to produce substantially different scattered wave behavior when trees are viewed at large bistatic angles. Scattered fields resulting from vertically oriented incident fields are found to be highly polarized and to produce bistatic clutter power levels that are strongly dependent on the polarization of the receiving antenna. In contrast, horizontally oriented incident fields are found to produce weakly polarized scattered waves with bistatic clutter power levels that are insensitive to the polarization of the receiving antenna     

粗糙基底上涂层的极化双向反射分布函数

为了有效检测光学基底和镀膜后的光学元件质量,根据微面元电磁散射理论建立了一阶极化光散射模型,推导求解出其极化双向反射分布函数,获得了极化双向反射分布函数PP项与散射角和方位角的三维关系。数值模拟分析了入射角、基底粗糙度及不同涂层厚度对极化双向反射分布函数的影响。数值结果表明:极化双向反射分布函数与入射角、相关长度、均方根高度及涂层厚度均成反比。P极化入射产生的P极化双向反射分布函数强烈依赖于入射角、散射角和方位角。布鲁斯特角的位置随着入射角的增加逐渐向散射方位角小的方向移动。     

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...     

基于主动式圆偏振光照射的探测建模与分析

圆偏振光有良好的“偏振记忆”效应,为了验证在 强散射介质中通过圆偏振光的旋性 差异可以有效抑制散射光的影响,实现复杂背景下的目标探测功能。从经典的米氏散射 理论和菲涅尔反射理论出发,结合偏振蒙特卡罗方法,构建了主动式圆偏振光在散射介质中 探测目标的模型,通过追踪每个光子的偏振态变化,统计分析了圆偏振光经过介质散射和目 标反射后的Stokes矢量信息。仿真结果表明,文中建模方法可以明显区分出散射介质中是否 存在被探测目标;不同的介质环境和不同的探测距离都会对目标的偏振成像造成不同程度的 衰减,而圆偏振差分成像及圆偏振度成像均可实现偏振成像的增强处理。文中建模方法可以 为全偏振探测的理论研究及实际应用提供借鉴。     

伪装材料表面偏振散射的几何光学解

散射光的偏振特征可以作为遥感信息来识别目标,给伪装技术带来了新的威胁.文中采用偏振相机在光学与红外波段测试了染料型和涂料型伪装材料的偏振散射光谱,研究了不同探测波段下粗糙材料表面的偏振散射机理.研究结果表明:染料型伪装材料的偏振度很小,当光源以不同的入射角照射其表面时,偏振度基本保持不变;涂料型伪装材料的偏振度较大,且随着入射角的增大,其散射光的偏振度也逐渐升高;材料散射光的偏振度与表面粗糙度成反比,染料型伪装材料具有较大的表面粗糙度,在与入射光的作用过程中多次散射占优,因此,其偏振度很小.利用几何光学理论分析了材料表面的偏振散射机理,分析结果与实验结论相吻合.在一定条件下,伪装材料的偏振散射特征与背景不同,偏振信息在伪装目标识别方面具有重要的军事应用价值.     

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。     

剪切液晶散射偏光玻璃的视角特性

制备出应变调光玻璃样品,利用剪切装置对样品施加剪切应力后,样品呈散射偏光态。实验观察到样品所特有的在剪切力施加方向上透光率偏高的视角特性,通过建立理论模型并测试透光率随入射角变化曲线,得到了散射偏光玻璃透光率综合表达式,以及样品中液晶微滴倾斜角度与透光率关系。模拟计算表明,本文所建立的理论表达式能基本描述剪切液晶散射偏光玻璃特性。     

基于像素偏振片阵列的实时水下目标成像技术

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现,这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像,从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强,最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明,将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度,且成像处理过程实时快速,进一步提高了水下目标的探测效率。     

限定接收范围的散射偏振前向传输优化算法

为解决偏振子午面蒙特卡洛法的计算结果与测试结果存在出入的问题，文中提出了一种限定接收范围的改进算法。偏振子午面蒙特卡洛法计算过程中采集整个截面的前向散射光，但实际接收装置通常接收部分前向散射光，这是引起偏振子午面蒙特卡罗法的计算结果与实验结果存在出入乃至失配的重要因素之一。为此，改进算法限定了前向散射光的接收范围，限定的接收范围与实际接收范围一致。采用原算法和改进算法分别模拟 45°线偏振光和水平线偏振光在聚苯乙烯悬浊液中传输。选用粒径 1 μm 的聚苯乙烯悬浊液开展验证实验，通过对照测试结果，改进算法相比原算法能够更好地匹配实测结果。通过计算单个微粒的偏振状态保持情况，阐明改进算法提高计算精度的作用机理，即前向散射角愈外延，散射光的偏振态变化愈剧烈，而改进算法规避掉了绝大部分前向散射角外延程度较大的散射光。