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。     

激光海水气泡幕偏振特性分析

针对不同环境条件下海水中的气泡幕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方法对整个模型进行仿真。在仿真过程中,充分考虑光子在气泡幕中的运动过程,对比分析了圆偏振光入射不同气泡半径、不同气泡密度和不同气泡幕宽度以及线偏光不同角度入射下,回波信号在强度和偏振度特性上的差异性;同时验证了激光海水气泡幕偏振探测法用于激光通信探测领域的可行性。     

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.     

组织模型光散射的偏振特性

偏振门技术已被广泛用来探测上皮生物组织的结构,但组织的光学参量如何影响入射光的偏振态这一问题尚未解决.结合斯托克斯测量系统模型和米氏散射理论,计算分析了散射体分别等效成直径为5.0、9.0 μm球形粒子的散射光强分布及偏振度分布,以及线偏振光、圆偏振光入射时大小粒子后向散射光的偏振度光谱.结果表明:无论是小粒子还是大粒子,后向单次散射光均具有很高的偏振性,偏振度光谱对粒子尺寸的变化比较敏感,而当线偏振光入射时,随着粒子平均尺寸的增加,光谱振荡频率及偏振度都将增大.该方法对于早期癌症检测具有潜在应用意义.     

基于米氏散射理论的太阳光散射偏振特性

大气散射光偏振特性的研究对于降低自然扰动对偏振光导航系统的误差影响,优化系统具有重要意义。实验采用矢量偏振分析装置测量了不同天气情况下大气散射光偏振度和太阳光单次散射角,研究了两者之间的关系。结果表明,在不同天气条件下,大气散射光偏振度和太阳光单次散射角之间皆为抛物线型关系,散射光偏振度变化主要由大气散射粒子大小变化引起。当散射粒子半径增大时,散射光偏振度减小,并且偏振度最大值所对应的散射角值发生偏移。基于米氏散射理论建立了单次光散射偏振模型对该实验进行了理论分析,数值仿真结果与实验结果一致。     

尾流气泡群的激光多普勒检测方法

提出了一种基于气泡群后向散射光多普勒频移谱特性的舰船尾流检测方法。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对尾流区运动气泡群后向散射激光多普勒频移谱进行了理论模拟,分析了气泡数密度和速率分布对后向散射光信号多普勒频移谱特性的影响。在此基础上,利用差动型激光多普勒探测方法,实验研究了模拟尾流气泡群后向散射光多普勒频移谱特性,实验结果与理论模拟基本符合。研究表明,随着尾流中气泡数密度和速率分布范围的增大,后向散射光信号的多普勒频移谱的幅度、截止频移也随之增大。这证明了激光后向散射多普勒频移谱特性分析法可作为一种有效的尾流检测方法。     

部分空间相干光经准均匀介质的散射

基于一阶波恩近似,研究了部分空间相干平面光经准均匀介质的散射特性,得到了远场散射光谱强度和光谱相干度的解析表达式。讨论了入射光的空间相干性和介质特性对散射场光谱强度和光谱相干度的影响。比较了入射光是完全相干光和部分相干光时,散射场光谱强度和相干度的区别。研究结果表明:入射光的空间相干性对散射场光谱强度的分布有重要影响;随着入射光空间相干长度的增大,光谱宽度减小;光谱相干度随着入射光束腰宽度或介质有效半径的增大而减小。当准均匀介质的有效半径和相干长度、入射光的空间相干长度满足一定条件时,散射光是完全相干光。     

舰船尾流模拟气泡的脉冲激光后向散射特性研究

在Mie散射理论的基础上分析了尾流气泡的光散射特性,并用脉冲激光对尾流模拟气泡幕的后向散射光信号进行了实验研究,对气泡幕位置、接收发射轴夹角和多次散射等影响因素进行了详细讨论。实验发现：气泡幕存在条件下后向散射光信号得到明显增强,且信号的峰值强度随气泡幕位置等参量的变化而改变：当气泡幕位置较近时,多次散射光信号将对接收信号产生明显的作用,是影响接收信号强度的一个重要因素。     

光阑对部分相干光束轴向偏振特性的影响

为了对控制光束传播的质量提供理论依据,采用光束相干-偏振矩阵理论中柯林斯公式,对高斯谢尔模型光束经光阑衍射后的轴向偏振特性进行了理论研究和数值分析.结果表明,由于光阑衍射,使得高斯谢尔模型光束的偏振出现非均匀分布,光束偏振度沿轴向出现振荡现象,并且随着光阑截断参数的减小、光束空间相干长度的增大以及传输距离的增大,振荡逐渐增强.相比之下,光束在自由空间沿轴向传输时,在近场区偏振度分布均匀,随着传输距离的增大、空间相干长度的减小,偏振度沿轴向分布逐渐增大.利用光阑可对部分相干光的轴向偏振传输特性进行控制,对实际应用有重要的参考价值.     

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.     

舰船远程尾流气泡群的前向光散射特性研究

利用Mie理论计算了舰船尾流气泡群的归一化体散射函数和散射能量分布函数,分析了尾流气泡群的前向光散射特性。计算和分析结果表明,气泡群的前向散射光强度远大于后向散射,前向散射能量占总散射能量的90%以上;散射能量分布函数在小于1°的前向小角度散射角范围内迅速增加到40%以上,然后随散射角的增加缓慢增加;气泡表面附着的有机膜会显著地增强气泡群的后向散射,但对前向散射的影响不大。     

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。     

Analysis of the polarization characteristics of scattered light of underwater suspended particles based on Mie theory

Aiming at the problem of underwater polarized laser scattering caused by underwater suspended particles, the equivalent spherical particle Mie scattering theory simulation method is used to study the polarization characteristics of underwater scattered light. The relationship between underwater suspended particle characteristics and optical characteristics is analyzed, and the effects of particle size, polarization characteristics of incident light, and angle of incidence on the degree of polarization of forward and backward scattering light are studied. The results show that:When the incident light is natural light, the degree of polarization of scattered light is very low at the forward-scattering angle, which increases with the increase of the scattering angle, but changes frequently with the increase of the particle size. When the incident light is linearly polarized, the degree of linear polarization of the scattered light is related to the azimuth Angle. The degree of circular polarization is largely unaffected by particle size.     

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。     

碳纳米管悬浮液光限幅机理实验研究

为了研究碳纳米管悬浮液的光限幅机理,测量了碳纳米管悬浮液的散射能量和透射能量随入射激光能量密度的变化曲线,得到了不同入射激光能量密度下,散射光能量在平行于入射线偏振光偏振方向的散射面内的角度分布,并对碳纳米管悬浮液进行了探针光实验。根据米氏散射理论,计算了在不同大小的散射中心下,碳纳米管悬浮液的散射光能量在平行于入射线偏振光偏振方向的散射面内的角度分布,以及散射截面随散射中心半径大小的变化。结果表明,碳纳米管悬浮液光限幅可能源于碳纳米管吸收激光能量汽化形成的碳气泡引起的非线性散射。     

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。     

水中气泡尺度计算的图像处理方法

舰船尾流场中气泡幕的存在,使得舰船尾流区域的海水的光特性与周围海水的光特性 有很大差异,利用尾流场光学特性的异变,可作为水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要手段。尾流中气泡大小、浓度对于研究对光在海水中传输特性有很重要的意义。文中给出了在实验室条件下用图像处理方法计算水中微小气泡尺度的方法,实验结果对于研究舰船尾流场的光学特性有实际意义。