典型类型气溶胶散射特性的计算分析

利用云和气溶胶粒子光学特性软件包,对陆地型、海洋型和极地型三种、九类典型气溶胶粒子的散射光学特性进行了数值分析,对比分析了每种类型不同成分对气溶胶粒子体系散射特性的影响,建立了气溶胶散射光学厚度与激光波长、相对湿度的定标关系。对不同类型的气溶胶,气溶胶散射光学厚度随波长的幂指数衰减规律适用范围不同;成分的差异对气溶胶散射光学厚度随波长和相对湿度的变化规律影响较大。根据建立的气溶胶散射光学厚度与波长、相对湿度的定标规律,可为研究非均匀气溶胶粒子体系等效光学特性和激光工程应用提供参考和依据。     

尘埃粒子光散射信号传输特性的研究

提出了尘埃粒子光散射粒径信号幅度响应矩阵的概念 ,详细讨论了粒径信号幅度响应矩阵的基本特性 ,建立了描述单分散粒子群散射光信号传输系统特性的数学模型。揭示出尘埃粒子光散射系统信号传输过程的本质是粒子群结构特性的等价描述方式之间的变换     

用气溶胶飞行时间质谱仪测量气溶胶粒子折射率

利用自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪（aerosol time-of-flight mass spectrometer, ATOFMS）对气溶胶粒子的折射率进行测量。首先利用ATOFMS对气溶胶粒子的粒径和光散射强度进行测量,然后由Mie散射理论结合ATOFMS光散射区域的几何结构,推算出光电倍增管（PMT）接收的理论光通量与气溶胶粒子的大小和折射率之间的函数关系。通过比较实验测量的气溶胶粒子光散射平均强度与Mie散射理论值,对粒子的折射率进行反演。与实际样品数据参数对比的结果表明该方法是可行的。     

球形气溶胶粒子对激光散射退偏特性的研究

介绍了气溶胶粒子光散射的基本理论及偏振特性的基本计算方法。根据Mie氏理论,通过建立光散射的穆勒矩阵,建立球形气溶胶粒子的光散射理论模型,并通过递推的方法进行数值模拟,研究了几种典型天气条件下球形气溶胶粒子对光散射偏振特性的影响。     

改进算法研究1064nm激光大气Mie散射特性

为了研究1064nm激光大气气溶胶粒子的散射特性,利用Mie散射累积相乘算法,对函数迭代式进行简化,减少存储数组,对无穷迭代进行有效截断,减少迭代次数.通过模拟得到单分系和多分系的散射分布特征,得出散射强度主要集中在前向小角度散射的结论,并讨论了散射光的偏振特性,得出散射光存在完全偏振光的结论.结果表明,改进算法具有收敛速度快、精度高的优点.     

大气散射光偏振特性分析

介绍了在激光偏振成像研究中,激光在大气传输中的散射光偏振特性的基本表示方法,根据Rayleigh散射和Mie散射理论,通过传输Mueller矩阵求解,分别对大气分子散射和气溶胶散射的单次偏振特性建立理论模型,并通过数值计算模拟的方法研究大气分子和气溶胶对自然光、水平线偏振光和45°线偏振光的偏振特性影响,最后介绍了用矢量传输方程来解决大气散射光多次散射偏振问题.     

蒸发波导激光雷达的原理与信号接收系统设计

从海洋大气相对湿度的角度出发建立了大气折射率变化与气溶胶激光散射特性的理论联系,着重对蒸发波导激光雷达的信号接收系统进行了设计。针对微弱光信号接收、光电转换与电压放大的难点,前端信号调理电路采用雪崩光电二极管和宽带低噪声放大器对所述高速瞬态微弱光信号进行接收和二级放大,同时保证了系统的高增益、宽宽带及低噪声性能。采用波长为1.064μm的激光雷达对半径范围为0.1~20μm的气溶胶粒子群进行探测实验,进一步验证了信号接收系统的分辨率和灵敏度。     

多分散气溶胶凝聚粒子散射特性的数值计算

基于簇团-簇团(Cluster-Cluster Aggregation,CCA)模型,结合气溶胶谱分布函数,模拟了多分散气溶胶凝聚粒子.利用离散偶极子近似方法,数值计算了多分散气溶胶凝聚粒子散射强度的角分布,对比分析了多分散和单分散气溶胶凝聚粒子散射特性的差别,并讨论了散射强度随入射波波长和入射角变化的规律.结果显示:多分散和单分散气溶胶凝聚粒子的散射特性截然不同,凝聚粒子中原始微粒的粒径、入射波长、入射波的入射角等因素都将影响气溶胶粒子的散射特性.多分散凝聚粒子模型更接近实际气溶胶粒子,结果可为全面理解和研究气溶胶粒子散射特性提供参考和有效的计算方法.     

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。     

改进算法研究1064nm激光大气Mie散射特性

为了研究1064nm激光大气气溶胶粒子的散射特性,利用Mie散射累积相乘算法,对函数迭代式进行简化,减少存储数组,对无穷迭代进行有效截断,减少迭代次数。通过模拟得到单分系和多分系的散射分布特征,得出散射强度主要集中在前向小角度散射的结论,并讨论了散射光的偏振特性,得出散射光存在完全偏振光的结论。结果表明,改进算法具有收敛速度快、精度高的优点。     

0.55 µm 激光在复杂组分雾霾中的散射传输特性

基于典型雾霾粒子的消光、吸收、散射截面、不对称因子参量和粒径分布函数的分析, 运用蒙特卡罗方法研 究了不同组分、不同混合方式的雾霾介质中波长 0.55 µm 激光的传输散射特性, 比较了典型污染物颗粒介质对光的透 射率影响。研究表明, 同等浓度下, 硫酸铵介质对光的透射率最高, 碳溶胶介质的透射率最低, 且雾霾的透射率小于灰 霾透射率。此外, 对不同混合状态簇团粒子组成介质的透射率比较分析表明, 典型污染物粒子外混合状态和内混合状 态对光的衰减性几乎相同, 而雾霾介质中水组分的分布对光的透射率有明显的影响。     

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。     

Side-Face Effect of a Dielectric Strip on Its Optical Properties

Light scattering by horizontally oriented platelike particles under normal incidence, such as ice plates or tree leaves under spaceborne lidar or radar waves, needs to be investigated for remote sensing of cirrus clouds or vegetation canopies. The solutions from the conventional geometrical ray tracing method for the scattering of electromagnetic waves by these particles are quite inaccurate because of the singularity problem that is inherent to this method. The scattering properties of large horizontally oriented platelike particles are usually approximated by using physical optics or electromagnetic wave theory while ignoring the side-face effect of the plates. In this paper, to examine the effect of side faces on light scattering by platelike particles, a 2-D finite-difference time-domain technique is applied to calculate light scattering by horizontally oriented ice and leaf strips under normal or quasi-normal incidence. It is found that for moderate-sized strips, the side faces of the particles scatter a significant amount of energy, resulting in strong maxima in the scattering phase function at certain scattering angles. By ignoring the effect of side faces, the scattering phase functions derived from electromagnetic wave theory have significant errors for small or moderate-sized strips. However, the ratio of the amount of energy scattered by the side faces to the total scattered energy decreases with the increase of strip width. When the size parameter of the strip is in the limit of geometric optics, the side-face effect is reduced to a negligible amount. However, even in this case, the polarization degrees from the approximation solutions of physical optics or electromagnetic wave theory ignoring the side-face effect still have large errors.      

大气气溶胶粒子散射相函数的数值计算

大气气溶胶粒子作为大气电磁环境的重要组成成分之一,在紫外、可见到红外波段内严重影响电磁波的传输特性。散射相函数是研究气溶胶中电磁波传输特性的一个重要参量,依据粒子电磁散射理论,数值计算了球形和椭球形气溶胶粒子在红外波段给定波长入射时散射角余弦的一阶矩,给出了气溶胶粒子HG相函数和改进HG*相函数的数值结果,并将球形气溶胶粒子的这两种相函数和Mie散射相函数进行了对比。结果表明:随着波长的增加及气溶胶粒子尺寸参数的减小,HG*相函数能更好地体现红外波段气溶胶粒子的散射特性。相函数的准确计算可为研究气溶胶中红外激光的传输特性奠定基础。     

三维矢量散射分析中奇异积分的准确计算方法

在用积分方程和矩量法(MM)或快速多极子法(FMM)分析三维矢量散射时,都要对有奇异性的被积函数进行积分。如果直接使用高斯积分,则准确性很低。为了得到准确的积分结果,本文在分析了高斯积分原理的基础上提出了积分区域分割法。此方法将积分区域划分为一个包含奇异点的部分和若干个无奇异点的部分。对无奇异点的部分可直接用高斯积分求解,而对包含奇异点的部分,则可通过简化被积函数,变量代换和加减同阶奇异项等方法获得它的解析表达式。本文将这种方法用到电场积分方程(EFIE)的矩量法中,以角反射器和导电球目标散射特性(RCS)为例,其计算的结果与文献非常吻合。     

多波长散射光通量法测颗粒尺寸分布的实验研究

基于经典Mie光散射理论，提出一种改进的多波长散射光通量测量颗粒粒尺寸的方法，对标准颗粒及实际样品的实验研究表明，该方法不仅能测量颗粒的平均直径，还能给出尺寸分布。     

火灾烟颗粒群多分散与单分散光散射模型的比较研究

基于T矩阵法,取入射激光的波长分别为300、633、800nm,对正庚烷火烟颗粒群分形结构的多分散模型、单分散模型以及等体积的球形模型的光散射Muller矩阵元素随散射角的分布特性进行了详细的比较分析。结果表明,当λ=300nm时,散射光能很好地反映正庚烷火烟颗粒凝团的分形结构及凝团中基本颗粒的分布特性;当λ=633nm时,正庚烷火烟颗粒群分形结构的多分散模型和单分散模型的光散射特性基本一致;当λ=800nm时,正庚烷火烟颗粒群3种模型的光散射特性趋于一致。     

超微颗粒吸收与散射截面

本文导出了微波吸收材料的超细吸收剂颗粒的吸收与散射截面公式，对不同形状的翔基铁粉、超细铁粉、碳粉和铁氧体超细粉的两种载面作了数值计算，以便分析吸收剂颗粒形状对材料性能的影响。     

高斯激光束TEM00模散射信号模拟与分析

在广义Mie散射理论的基础上，研究了离轴球型粒子对TEM00基模高斯激光束的散射特性，依据高斯波束在球坐标系的展开形式，对展开系数的有限级数解形式进行了编程计算；模拟了高斯光束在离轴球型粒子散射的情况下，散射光强与粒径参数、折射率、散射角和散射粒子相对位置的关系；对模拟结果进行了讨论，并与平面波的散射规律进行了对比分析。结果显示:高斯光束的散射光强分布呈现出了与平面波散射不同的规律，但在大束腰半径条件下，与平面波的散射规律有许多共同之处。