相对折射率对前向散射粒度测试的影响

折射率是基于Mie理论的前向散射法颗粒测量中的重要参数。为了减小颗粒测量误差,在Mie理论、Debye级数展开以及夫琅禾费衍射理论基础上,分析了相对折射率对散射光能分布的影响方式,揭示散射光能分布宽度随相对折射率的变化呈周期振荡特性,并得到该振荡的经验公式;解释了散射光能分布随相对折射率变化的原因,实验验证结果表明,散射光能随相对折射率变化呈周期振荡特性,振荡周期为π,振荡曲线上极小值对应反演结果更接近标称值。因此,在实际测量中,应尽量选择分散介质,使相对折射率对应的散射光能分布宽度处于振荡曲线的极小值点。     

后向散射法测量蒸汽湿度中理论计算模型的优化

基于Mie散射理论和Lambert-beer定律,利用CCD相机接收湿蒸汽水滴微粒的散射光强,建立了蒸汽湿度测量系统。对于该系统的理论计算模型,分别采用对数正态分布(LN分布)和Rosin-Rammler分布(R-R分布)来描述模拟器缸汽中的水雾粒径分布,对散射光强进行仿真计算,将得到的仿真结果同实验数据进行对比分析。结果表明:后向散射法测量蒸汽湿度中,采用对数正态分布(LN分布)建立的理论计算模型更合适。     

基于Mie散射理论的微球体颗粒半径分析

为高效、经济、准确地对微球体颗粒的半径进行测量．基于Mie散射理论设计了一种测量装置。本文应用Mie散射理论对微球体颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算．得出了散射光分布与入射光波长、微球体颗粒半径以及微球体相对折射率之间的关系。结果表明：入射光波长越小,散射光能量越集中分布在散射角较小的范围内;相对折射率的变化对散射光分布的影响不大：不同半径颗粒的散射光强的分布差异较大,因此通过测量散射光的分布可以确定微球体颗粒的半径．从理论上证明了该设计方案的可行性。结合理论分析与计算结果设计了一种用于测量微球体颗粒半径的装置,该装置具有结构简单、成本低、效率高等优点,可以用于实际测量,具有一定的实用性。     

激光信号在雨中的传输衰减

在观测激光信号在雨中传输时,其衰减比率随着雨滴的大小而变化,雨滴越小衰减越大.根据Mie理论和Joss等人雨滴谱分布,分析了粒子尺度及不同波长对激光散射的影响,并且计算了衰减效率因子与粒子尺度的关系,推导了光波在单球粒子和稀疏分布雨中衰减的计算公式,得到了衰减与降雨率之间的确定关系.通过数值计算发现:小雨粒子各个方向的散射光强明显大于大雨粒子的散射光强;前向散射光强随粒子半径的增加,整体呈现增加趋势,并出现了明显的上下震荡;激光信号通过雨介质传输时,小雨衰减系数较大,雷暴雨衰减较小.这解释了在实验中观测到的现象,激光信号在小雨中的衰减要比大雨中的衰减大.     

多角度动态光散射角度误差对权重估计的影响

角度权重估计是多角度动态光散射测量技术的重要环节,其方法可依赖于光强均值或光强自相关函数基线。角度误差对颗粒粒度分布测量准确性的影响在很大程度上取决于角度权重系数的估计。通过对模拟和实测动态光散射数据的反演,研究了角度误差对基线值法和光强均值法进行权重估计对粒度分布反演的影响。结果表明:采用两种方法进行角度加权,无角度误差时反演结果无显著差异。存在角度误差时,误差对光强均值法反演结果的影响大于基线值法,并且对大颗粒的影响显著大于对小颗粒的影响。导致这一结果的原因在于,当散射角存在误差时,基于Mie理论的光强均值法得到的权重系数为理论值,与实测的光强自相关数据所对应的权重系数存在偏差。而且随着颗粒粒径的增大,Mie散射光强随散射角变化呈现出更为剧烈的波动,致使这种偏差加大。因此,采用基于Mie散射理论的光强均值法进行角度加权,对多角度光散射测量装置应提出较高的精度要求。     

Mie理论归一化散射光强的研究

采用了Mie理论分析了微球体光学元件的光散射性能，并对Mie理论中归一化散射光强Is的数学性质进行了理论分析，并给出了数值结果。研究了口径参数x与相对折射率m对归一化散射光强Is分布的影响，从而可以评价微球体光学元件对光的会聚及散射能力。结果表明半径较大、折射率较小的微球体光学元件对光的会聚能力较强。本结论为微光球体学元件的选择及性能分析提供了依据。     

硅片表面球形粒子散射及微分散射截面的研究

为了研究硅片表面球形粒子的光散射情况,根据Mie氏理论,采用相差模型,得到了球形粒子在任意线偏振光照射下的散射光光强空间分布的计算方法,给出了球形粒子在s偏振和p偏振光分别以0°和70°角照射下散射光微分散射截面的模拟计算结果,并与相关的实验结果进行了比较,对硅片缺陷自动检测仪的研制具有指导意义。     

雾粒子散射对激光制导的影响研究

为了研究雾粒子散射对激光制导的影响,提高制导武器的制导精度。基于Mie理论,考虑粒子尺度分布函数,得到了群体粒子散射模型,在该基础上,建立了目标方位偏差角与散射光强的关系式,从粒子散射的角度分析了粒子散射光强对回波信号的影响。计算表明,大气粒子在一定的尺度分布状况下的后向散射光强对回波信号的影响比较明显。该研究结果为大气微粒后向散射对制导的影响研究提供了参考。     

激光大气散射离轴探测分析

利用Mie散射理论,通过数值计算得到了1.06 μm激光在低空大气中传输时的散射特性;不同尺度参数的粒子的散射光强分布相差极大,随着尺度参数的增加,散射光强越来越集中于前向;复折射率的变化对散射光强影响不大.通过对大气散射的辐照度理论分析和数值计算,得到大气散射的辐照度随离轴距离的增大而近似按反比规律下降的特征;同时,对不同能见度下的散射辐照度进行了数值计算,能见度的不同只影响散射强度的大小,而不影响散射强度的分布.不同散射点的散射光到达探测器所需的时间不同,延迟时间与离轴垂直距离和探测角呈简单的线性关系,这些特征为激光散射离轴探测提供了理论依据和参考.     

雾的前向散射对距离选通成像系统的影响

根据辐射传输和Mie散射理论,给出了分析雾的前向散射对距离选通成像系统影响的计算方法。首先,采用雾的含水量和能见度的经验公式估计雾滴谱。其次,已知雾滴谱计算Mie散射相函数;进而获得视消光系数。最后,给出了考虑前向散射光的影响时,前向散射光、后向散射光和信号光在距离选通成像系统光电阴极面上的照度随时间的变化规律,以及光电阴极面上目标与背景图像的对比度。结果是目标上的照度、后向散射光和信号光在光电阴极面上的照度增加,目标与背景图像的对比度降低;前向散射光在光电阴极面上的照度远小于后向散射光。     

基于用几何光学和米散射法的球形粒子前向散射特性计算研究

分别用几何光学(GOM)、Lorenz-Mie散射方法计算了0.55 m波段球形粒子的散射特性,并对两种计算方法的准确性进行了分析。研究了粒子尺度参数、折射率虚部对粒子0散射相函数的影响。结果表明:在粒子尺度参数大于60时,GOM计算的球形粒子的散射特性与Mie非常接近。在粒子尺度参数小于1 000时,两种方法得到的前向散射相函数与粒子尺度参数均成二次方关系,且计算结果基本一致;随着粒子尺度参数的增大,前向散射与尺度参数之间将逐步失去二次方关系。当粒子尺度参数大于10 000时,采用GOM方法得到的结果要比Mie散射方法的结果偏大;当粒子尺度一定时, 0散射相函数与折射率虚部之间呈先增大后减小的规律。     

超光滑基片表面散射的理论研究

从理论和数值模拟两个方面对超光滑表面的散射电磁场进行了分析研究。从极化电流源的散射出发,推导了基片表面背向散射电磁场的微分散射分布。通过与经典散射理论的比较,发现在入射角和散射角都较小时,结论与经典散射理论相一致,但是在入射角或者散射角较大时,两者存在差异,原因是理论中考虑了阴影遮蔽效应,导致了入射光或散射光必须透过两...     

粗糙铜表面对低频太赫兹波的散射实验

搭建了以0.2 THz返波管振荡器源、热释电探测器、小型自动旋转光学平台等组成的太赫兹波目标散射特性实验测试系统,对两种不同粗糙度铜盘表面的散射特性进行了测试,表明:太赫兹金属粗糙目标散射中导体表面的感应电流产生电磁散射和粗糙导体表面引起的朗伯散射是同时存在的;在斜入射时这种近似于朗伯体的金属粗糙表面几乎可以被看成镜体,但随着目标表面的粗糙度变大,反射变弱,散射增强,主峰向小于反射角的方向偏移;在垂直入射的情况下,散射角小于40度时散射曲线下降较快,超过40度散射曲线变化变得很缓慢,但在50度附近很多材料都会出现一个小的散射峰.     

数值模拟低掠角入射海面与船目标的双站散射

为研究风驱粗糙海面上有船目标时的双站散射,提出了一种结合广义前后的迭代方法（GFBM）与谱加速算法（SAA）快速求解双站散射的Monte Carlo数值方法,计算了在TE、TM锥形波低掠角入射在一维Pierson-Moskowitz谱粗糙导体海面以及船目标存在时的双站散射,数值模拟了在低掠角入射条件下,包含多次散射传播的粗糙海面与目标的双站散射与极化、频率、视角和海面风速等参数的关系。     

二维粗糙面两束波束散射特性研究

基于Kirchhoff近似,推导两束波束散射强度相关系数的表达式,数值计算漫射强度及散射强度相关系数随角度差、相关长度及粗糙度变化情况。结果表明:散射角对粗糙表面相干散射强度与光滑表面相干散射强度的比值有影响,当两束波束的入射角、方位角均相等,意味着两束波束相互重合且散射强度比值为单波束比值的四倍;当两束波束的入射角、方位角中有一个角度不相等,由散射场干扰效应的影响,相干散射强度比值都会减小。相关长度的变化与漫射强度和散射强度相关系数均成正比;随着入射角度差增大,漫射强度的后向散射效应增强,且散射强度相关系数变小,说明两束波束的干扰越严重;随着散射角的增大,总散射强度受干扰项散射强度影响较大,则后向散射效应增强。     

双球散射和均匀球对相干双波束的散射

利用米(Mie)理论,以及介质分界面处的边界条件和一些特殊函数的变换关系,求解了两个球形介质小粒子对于平面波的散射问题,和单个均匀介质小球对于波束中心通过球心的两相干高斯波束的散射问题.二者均得到了严格的解析解,并整理出易于编程计算的形式.对散射系数的求解,前者采用了待定系数法,后者采用了几何变换法,均降低了计算的复杂程度.     

大粗糙度表面激光散射特性实验研究

本文利用激光散射自动测量系统,对经喷丸处理后的钢基粗糙表面及其喷漆表面的后向激光雷达散射截面(LRCS)进行了测量。测量波长分别为λ=633nm和λ=904nm.在λ=904nm,利用粗糙面电磁散射理论的基尔霍夫方法对上述样片进行了理论计算,其中将粗糙表面视为双尺度模型,根据驻留相位法和标量近似法理论计算双尺度模型随机粗糙表面的散射强度角分布,其理论值与实验测量结果有较好的吻合。     

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。     

激光箔条的角散射数值模拟

为进一步探讨激光有源干扰手段在激光箔条中的应用,以MATLAB为开发工具对激光箔条的角散射截面进行了定量的计算;并在此基础上研究了入射光的偏振特性对角散射截面的影响,从而得出通过激光箔条进行有源干扰时考虑入射光偏振度的必要性。     

粗糙金属表面的高频太赫兹散射特性

以五种不同粗糙度金属圆盘作为目标体,在收发同置雷达体制下开展了频率为3.11 THz太赫兹波的散射特性的测试工作。实验表明:粗糙金属表面对太赫兹波的散射与入射波的频率、目标的材质、表面的粗糙度等多种因素有关,同时在收发同置体制下散射强度随散射角衰减迅速,当散射角超过18°后几乎全部衰减为0,实验中散射角度与散射强度之间的散射模式遵从一种指数关系。