基于光散射的实时气溶胶粒子形状识别技术研究

利用米氏散射理论和时域有限差分(FDTD)软件计算了不同大小、形状和折射率粒子的前向散射光场分布,分析了通过光强度分布和非对称因子反演粒子相关信息、区分粒形的可行性。研制了一台利用增强型CCD相机在线采集单个气溶胶粒子在5°~19°前向散射角范围内光场图样的装置。8μm粒径的聚苯乙烯球形粒子散射图样实验结果与理论计算对比较为吻合,验证了该装置的有效性。应用该装置对不同形状的气溶胶粒子进行检测,结果表明能够从散射图像和反演计算结果区分出球形、杆状和其他形状粒子。     

折射率和粒子尺度对大气气溶胶光散射特性的影响

采用Mie散射方法计算了小尺度范围内,0.65 m波长大气气溶胶粒子光学特性与折射率、粒子尺度参数的关系,并分析了折射率虚部对气溶胶粒子散射相函数的影响。结果表明:在小尺度范围内,气溶胶粒子散射特性受折射率、尺度参数影响较大,折射率实部和尺度参数对消光效率因子等非散射角散射参量的影响存在一定程度的对称性。同时还发现,在特殊散射角位置,无论对于单粒子还是对于多分散粒子群系统,气溶胶粒子（群）的散射相函数与折射率虚部基本无关,不同折射率虚部的散射相函数在前向散射方向存在交点,交点位置随粒子尺度参数的变化基本为高斯分布。随着粒子尺度参数的增大,交点位置向前向小角方向移动,并逐步趋于离散。这一结论对了解大气气溶胶粒子的散射效应具有一定的参考意义。     

任意形状粗糙物体的激光后向散射

本文研究具有粗糙表面凸形物体的光频后向散射。由几何光学基尔霍夫近似,获得相干后向散射截面和非相干后向散射截面理论计算公式。以粗糙球和粗糙椭球为例分析了物体几何参数,介电常数和粗糙表面统计参数对红外激光后向散射截面的影响。     

任意形状目标时域电磁散射的稳定求解

针对时域电场积分方程存在的晚时震荡问题,分析比较了当前通用的隐式时间步进算法和基于拉盖尔多项式的阶数步进算法,计算了任意形状的三维导体、介质目标的时域电磁散射。结果表明,基于拉盖尔多项式的阶数步进算法有效地消除了晚时震荡问题,并且其稳定性与时间步的数目无关,而仅决定于拉盖尔多项式的阶数。     

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。     

任意形状单元有限微带阵列的电磁散射分析

提出一种有限微带阵列电磁散射特性分析的有效方法。该法采用有限阵格林函数与矩量法相结合的方法，有效地解决了矩量法在大型阵列电磁特性分析中的计算效率问题；通过选取RWG基函数，使该法适用于任何单元形状的微带阵列。文中计算了矩形、十字形及圆形单元微带阵列的雷达截面，并与常规矩量法和参考文献的计算结果进行了比对，验证了该方法的有效性。     

高散射介质后向散射模式的三级近似

生物组织是混浊介质,光在介质巾的传输主要是弹性散射[1].偏振光准直入射混浊介质表面,利用介质的多次后向散射偏振模式或Mueller矩阵的径向、方位变化的敏感性可确定介质的某些特性[2].如确定混浊悬浮液的粒子尺寸、浓度和各向异性因子;鉴别癌和非癌的细胞悬浮液体;确定介质的旋光特性等.     

光散射粒子计数器校正的讨论

通过对一种光散射式粒子计数器校正方案的讨论,评述了其相对于现行国标的优点,指出其是一种比较可靠的准确的校正方案。     

基于光散射的粒子测量方法综述

基于光散射的粒子测量方法具有非接触、测量范围较大、实时测量等优点,是颗粒物理化学特性测量的一类主要方法.介绍了基于光散射测量颗粒粒径、复折射率和浓度等参数的主要方法、原理以及各种方法的适用范围,以及基于光散射的粒子测量研究方面的新进展和存在不足的方面.基于光散射的粒子测量方法的适用范围各有侧重,其趋势将向着更宽的测量范围,更高的测量精度,与多参数同时测量等方向继续发展.     

任意形状光波导中导模的数值分析

本文综述作者研究任意形状光波导中导模数值分析的一些主要结果，并对Ｇｏｅｌｌ方法、二维Ｆｏｕｒｉｅｒ分析法和Ｈｅｒｍｉｔｅ－Ｇａｕｓｓ展开法作了比较。     

有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性

利用离散偶极子近似法和Bruggeman有效介质理论,研究了含有黑碳和硫酸盐两种成分的内混合致密气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~25 时的光学特性,并通过分析比较两种算法计算光学特性的差别研究了有效介质理论对致密内混合粒子光散射的适用性。对单分散系,有效介质理论在瑞利散射区具有较好的适用性,能较好地被用来近似计算内混合粒子的消光、吸收、散射、后向散射效率因子、不对称因子、消光后向散射比和单次散射反照率,相对偏差皆在7%以内;而有效介质理论在米散射区的适用性较差,相对偏差最大可分别达到25%、88%、66%、5 000%、42%、1 100%和47%,但当内混合体所含的内核较小（体积比1%以内）时仍可以近似使用。在粒子尺度参数大于4 时,有效介质理论基本上会低估散射效率因子,却会高估吸收效率因子和不对称因子。而对多分散系,有效介质理论能近似用来计算各光学参量,相对偏差在9%以内。     

基于PNM算法加速的三维任意形状导体散射研究

将PNM方法(Progressive Numerical Method)与以RWG为基函数的矩量法(MoM)和AutoCAD自动电磁建模剖分技术相结合, 来快速有效地分析三维任意形状的电大目标问题.数值实例和计算结果表明,PNM算法的引入可有效地节省计算资源和计算时间,而且计算精度较高,最终为快速分析电大目标的电磁兼容问题提供了一条新的有效途径.     

基于Mie散射理论的磷化镓粒子散射特性

基于Mie散射理论,对磷化镓微球粒子从紫外光区到红外光区的光散射特性进行了数值计算与理论分析,得到了散射强度与散射角、粒子尺寸参数、偏振度与散射角以及光学截面与粒子尺寸参数的关系。结果表明,入射波长越长,粒子半径越小,散射越弱;并且在红外波段光散射很弱,在散射角90°方向上能观测到线偏振光,这为磷化镓材料的制备与应用提供了理论参考。     

基于FRFT的弹性波近似定向斗篷散射分析

为减少弹性波动力学方程在传播控制材料设计应用中的复杂性,以弹性波特征方程的一阶和0阶阶近似的方法,由于设计方法本身的近似性,以及材料在阻抗匹配、对介质材料的无损要求等方面的原因,使得弹性波在设计材料里的传播过程中产生散射现象。以弹性波近似设计的匀质定向斗篷为研究对象,借助于分数阶傅里叶变换（FRFT）对频率变化的敏感性,将设计材料中传播的空间波形信号变换到分数阶域,直观、定量的反映了散射效应引起的频率变化,减少了对散射程度认知的盲目性,为简化材料介质参数的设计、降低散射效应的影响提供了依据。      

基于离散偶极子近似生物细胞光散射研究

用离散偶极子近似（Discrete Dipole Approximation,DDA）对生物细胞的光散射特性进行数值模拟,分析讨论了基于生物细胞的相对折射率、散射截面、粒子直径等的光散射图像。分析表明,生物细胞的散射光强随着散射角度和相对折射率的增大而增大,散射的主要能量集中在10散射角以内。然后设计了用于分析悬浮生物细胞的光散射实验装置,并以悬浮的牛肾细胞作为实验样品,进行实验研究。分析结果显示,模拟数据与实验数据符合较好。为进一步研究生物细胞散射特性以及无损检测提供一种理论和实验方法。     

用离散复镜像方法计算任意形状微带贴片的散射

采用离散复镜像方法(DCIM)计算微带结构的空间域格林函数，提高了计算阻抗矩阵的速度。采用三角矢量面元(RWG)基函数，模拟电流分布。由于三角形可以模拟任意形状的贴片，本文的方法可以准确地计算任意形状贴片的散射。数值结果证实了本文方法的有效性。     

任意形状导体介质混合目标的瞬态电磁散射特性分析

通过建立自由空间内多个导体介质混合目标的理论模型,根据电磁场等效原理和边界条件,建立了求解任意形状导体介质混合目标散射特性的时域电场积分方程(TDEFIE).导出了TDEFIE的时间步进算法(MOT)矩阵方程,并应用基于隐式MOT算法的TDEFIE对任意形状导体介质混合目标进行了瞬态分析,其数值结果说明了该算法的有效性.     

求解任意形状目标时域电磁散射的隐式算法分析

推导了采用不同差分格式求解时域磁场积分方程的隐式算法表达式,将不同差分格式的电场和磁场积分方程相结合,建立了9种混合时域积分方程.采用不同入射信号形式分别对金属球体、导弹缩比模型进行仿真,分析了3种(电、磁、混合)积分方程不同差分形式隐式算法的性能.通过与球体散射数据的解析解以及导弹模型暗室测量数据和频域结果的逆傅立叶变换数据相比较验证方法的有效性.