粗糙表面光散射特性研究与光学常数反演

测量了特殊的镀金聚酯薄膜、镀铝绝热材料和硅化合物材料表面的激光(1.06μm)双向反射分布函数、光镜反射率谱、总体反射率谱以及等效光学常数,利用多参数优化的遗传算法,建立了材料表面的BRDF统计模型。并采用Powell算法反演了铝基绝热材料在不同波段上、某一波长的光学常数。     

不同粗糙度表面双向反射分布函数的实验研究

为了研究目标表面的激光散射特性,利用双向反射分布函数的方法,采用自行设计的双向反射分布函数测量装置对样品表面双向反射分布函数进行了实验测量研究。以BaSO4粉压制板作为漫反射标准板,通过样本比值法进行对比研究,得到了样品在不同粗糙度和不同入射角下反射光的空间分布。结果表明,粗糙度越小,样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越大,镜反射现象越明显;入射角度越小,样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越小,呈现出一定的漫反射特征;反之亦然。反映出不同粗糙度表面对激光散射程度不同。     

利用球型微纳米颗粒结构表面减小硅基太阳能电池的光反射

为了在理想的光频范围内扩展硅太阳能电池的低反射特性,设计了一种由球型微纳米颗粒周期排列构成的光学微结构。利用球型微纳米颗粒结构表面良好的抗反射特性,扩展硅基太阳能电池的超低反射特性。首先采用Mie散射理论研究了单个球型硅颗粒的散射特性;进而使用MEEP仿真软件通过控制变量法分析了多个颗粒构成的周期性二维光学微结构的光反射特性,分析了球型微纳米颗粒的周期数、半径、间距对反射率的影响。结果表明:合理选择球形颗粒的半径、间距以及周期数构成合适的周期性二维光学微结构,可以在理想的光频范围内获得超低反射特性。     

硅太阳能电池板的光谱BRDF测量及色度特性的研究

实验测量了硅太阳能电池板在380～780 nm内的光谱双向反射分布函数（BRDF）,分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势,将色度学理论和光散射理论相结合,寻找到光散射理论中的双向反射系数与色度学中光谱反射率因数的联系,进而获得了一种通过光谱BRDF测量实现物体色度特性表征的方法。并且采用CIELAB均匀色空间中的明度指数和色品指数、定量地描述了几种入射条件下、不同散射方向上目标样片的颜色特性。将目标样片的光谱双向反射分布函数的研究应用到颜色光学领域中,对目标的探测、识别和颜色复现等具有重要的应用价值。     

基于Kramers-Kronig关系对薄膜材料光学特征的数值反演

依据试验测量得到特殊镀金聚酯薄膜反射率谱及光学常数,利用Kramers-Kronig(K-K)关系,数值反演了镀金聚酯薄膜反射系数、相位反射率和光学常数.在近红外波段,将理论反演与试验测量值进行比较.结果表明:利用K-K方法反演薄膜材料表面的光学特征光谱反射率和光学常数实部误差较小,其中相位反射率的绝对误差小于0.96°,相对误差平均值为0.083 1,但消光系数试验和反演数据误差较大.在缺乏试验测量条件或已知部分材料光学特征的条件下,开展具有薄膜、涂层目标光谱散射和辐射特性的研究工作,该反演方法是行之有效的.     

介质吸收散射对半透明涂层表面双向反射特性的影响

对表面光滑、基底面漫射的吸收-散射性半透明涂层，通过建立入射光谱的辐射传递模型，采用蒙特卡罗法求解分析了涂层光学厚度、介质散射及基底面反射对涂层表面双向反射特性的影响．结果表明，即使在不考虑涂层表面Fresnel反射的条件下，吸收-散射性半透明涂层的反射也呈现明显的各向异性，其BRDF分布与吸收性半透明涂昙的BRDF特性有明显差别．     

伪装涂层激光反射特性检测与实验研究

通过分析伪装涂层防激光半主动制导的隐身机理,提出了降低涂层激光反射率并同时控制涂层表面激光空间反射特性的激光伪装技术途径。结合伪装涂层研究对激光反射特性测量的实际需要,分析了半球反射率和双向反射系数的测量原理、方法和特点,利用设计研制的测量装置实验研究了伪装涂层的激光反射特性。结果表明,利用所述方法能够准确、客观测量伪装涂层的激光反射特性,可用于指导涂层激光吸收剂的配方设计和涂层表面工艺控制研究。     

光学镜面污染对激光传输特性的影响

光学镜面的散射对光学系统的性能有十分重要的影响。选用可见光0.632 8m、近红外光1.053 m 和热红外光10.6 m 三种激光波长，利用修正的米氏理论和光学表面的双向反射分布函数（BRDF）研究光学镜面在不同污染条件下激光的传输特性。研究结果表明:当镜面粗糙度远远小于入射光波长（ ）时，干净镜面的散射强度与成正比，与成反比。污染镜面散射强度与污染颗粒的尺寸和数量有关，颗粒分布越复杂，散射越显著。另外，波长越短，BRDF 越大，散射越复杂。     

涂漆金属1550 nm波长双向反射分布函数优化建模

利用双向反射分布函数描述目标表面的散射特性是最成熟和常用的方法,其关键在于如何快速准确地获取双向反射分布函数中的各特征参量。基于Cook-Torrance模型对目标表面散射进行建模,使用1550 nm激光对黑漆涂层金属进行探测,将测量数据用遗传-禁忌搜索混合算法进行反演,来获得模型中的未知参量。对比遗传算法和遗传-模拟退火混合算法可知,该算法优化了迭代次数,减小了计算误差,得到与实验值吻合的理论计算值。该研究提供了一种快速准确得到双向反射分布函数中未知参量的计算方法。     

球形与非球形颗粒反射膜后向散射特性的实验研究

本文报导了球形与非球形颗粒反射膜后向散射角分布特性。结果表明散射强度和角分布曲线与颗粒密度、颗粒尺寸和形状有关,选择合适的表面颗粒参数有可能控制其后向散射角分布特性。     

光学遥感器星上定标米散射板特性测量与分析

为了考察米散射板光学、物理性能以及空间环境适应性,对米散射板的方向半球反射比(DHR)、双向反射分布函数(BRDF)、电阻率等进行了测量和标定,并对其做了系列空间环境试验。结果表明：米散射板在350~2000 nm波段反射率大于80%,光谱反射率每100 nm差异小于0.024,表现出较好的光谱平坦性;当光源以天顶角10o~75o照明,并0°探测时900 nm波段BRDF平均每度变化小于5.2×10-4,表现出很好的朗伯性;经检测电阻率≤1012 Ω•cm,低电阻率可大幅度降低在轨航天环境静电充放电风险;空间环境辐照试验表明,米散射板具有很好的空间环境稳定性。综上所述,米散射板能够满足静止轨道光学遥感器星上定标需要。     

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。     

典型卫星表面材料近红外偏振特性分析

为了表征典型卫星表面材料的近红外偏振特性,基于微面元模型并综合考虑镜面散射及漫散射来描述目标表面的反射特性,引入镜面系数及漫反射率来明确两种反射对偏振度的影响,并考虑实际粗糙材料表面存在的遮蔽效应,建立一种更完善的多参量偏振双向反射分布函数模型,进而推导出适用于粗糙材料表面的光学反射偏振度表达式.对典型卫星表面材料进行近红外偏振实验,采用遗传算法从实验数据中反演卫星表面材料的多参量数值,进而得到偏振信息仿真曲线.结果 表明,该多参量偏振双向反射分布函数的仿真值与实验测试值能够较好的吻合,不同卫星表面材料的近红外偏振特性有较大分布差异.     

激光雷达特性中反射函数与反射系数的π关系

利用反射函数、放射系数描述激光雷达目标特性是具有重要意义、文中就激光雷达目标特性双向反射函数、双向反射系数,方向－半球反射系数,后向反射率等各量的定义进行了论述,并利用红外辐射的基本原理推出了函数与系数,系数与系数的相互关系,得到了一般情况下双向反射函数与双向反射系数,方向－半球反射系数与双向反射函数,方向－半球反射系数与后向反射率的相互关系,解释了各量在满足一定条件下存在着一种π关系,提出了利用     

激光雷达目标特性中反射函数与反射系数的π关系

利用反射函数、放射系数描述激光雷达目标特性具有重要意义,文中就激光雷达目标特性双向反射函数,双向反射系数,方向半球反射系数,后向反射率等各量的定义进行了论述,并利用红外辐射的基本原理推出了函数与系数,系数与系数的相互关系,得到了一般情况下双向反射函数与双向反射系数,方向半球反射系数与双向反射函数,方向半球反射系数与后向反射率的相互关系,解释了各量在满足一定条件下存在着一种π关系,提出了利用这种相互关系可从某一个量而推出其它各量的结论     

镜面颗粒影响激光散射特性的模拟仿真

光学镜面上的激光散射特性对光学系统性能的影响十分重要。利用修正的米氏散射理论模拟计算了光学镜面的双向反射分布函数(BRDF)。结果表明:镜面上的颗粒污染物能够十分明显地影响光的散射特性。此外,入射激光的波长与BRDF的值成反比,波长较短时,散射较复杂。因此,保持镜面的洁净对维护光学镜面的性能十分重要。     

视场展宽迈克耳孙光谱滤光器增透膜容差评估

分析了视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)用作高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱滤光器时一个未引起广泛重视却又非常重要的问题:FWMI增透(AR)膜反射率容差评估。由于FWMI不同材料分界面的AR膜无法做到100%透射,一旦光线经过该表面,将引起部分光被反射,且这部分光线将成为游离光线在干涉仪主体中不断被多次反射。分析了AR膜反射率导致的多次反射对FWMI滤光性能的影响机理,并采用光谱分离比(SDR)作为性能量化指标,提出了一种迭代算法来定量评估FWMI光谱分离特性与AR膜反射率的关系。分析结果表明,AR膜反射尽管对大气分子散射信号的透射率影响不大,但会较大的降低FWMI对气溶胶散射信号的抑制能力,最终总体上导致SDR的降低。本方法对FWMI AR膜反射率容差评估具有较大的参考价值,是保证FWMI良好设计性能的重要方面之一。     

金属膜材料后向反射1.06微米激光实验测试与分析

金属膜在光学应用中作用各异,用1.06 μm激光从不同入射角对5种镀金属薄膜材料作了相关后向反射实验,反射率的起伏与入射角和偏振性能有关,同时做了具体的理论分析.     

二维抗光反射亚波长周期结构的分析与实现

与传统光学抗反射膜相比, 二维抗反射亚波长周期结构可以通过调整结构尺寸、周期等参数调节整个结构的等效折射率分布, 从而达到更好的抗光反射效果。通过基于有限元方法的电磁场全波分析方法, 对纳米球形亚波长周期结构进行了深入的分析, 研究了纳米球尺寸和周期等结构参数对反射率的影响。使用溶胶-凝胶法制备了不同尺寸的二氧化硅球形纳米颗粒, 并制成密排球形颗粒样品。反射率测量实验表明该样品在可见光和红外波段具有良好的抗反射性能。并在理论计算和实验验证的基础上, 给出了一种可行的密排球形亚波长抗反射表面的设计方法。     

多层介质高反膜界面电场强度调控与光散射特性

为了降低高精密使用场合下多层介质高反射薄膜的表面散射,首先从多层介质薄膜双向反射分布函数（BRDF）出发,理论分析了双向反射分布函数与薄膜界面电场强度的关系。在入射光为正入射且中心波长632.8nm处的反射率大于99%的要求下,采用SiO₂、Ta₂O₅两种材料设计了膜系G/（HL）8/A和膜系G/（HL）8 H/A,并分析了两种膜系界面的电场强度分布。然后以膜系G/（HL）8 H/A界面的电场分布为基础对场强进一步优化,得到了膜系G/（HL）60.4L1.6H1.5L0.5H/A。理论计算了正入射条件下三种膜系的双向反射分布函数,发现当散射角为-45°～45°时,膜系G/（HL）6 H0.4L1.6H1.5L0.5H/A表面的BRDF小于膜系G/（HL）8/A和膜系G/（HL）8 H/A。同时计算了三种膜系表面的总散射损耗（S）,与膜系G/（HL）8/A和膜系G/（HL）8 H/A相比,优化膜系G/（HL）6 H0.4L1.6H1.5L0.5H/A的S降低了91.44%、37.98%。实验验证了利用膜层界面电场强度调控薄...