非球形簇团核壳结构粒子的激光散射特性

在冰晶粒子异质核化理论基础上,建立了椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子模型,利用离散偶极子近似法(DDA)数值计算同一入射波长下,有效尺寸对核壳结构冰晶粒子消光效率、吸收效率和散射效率的影响、中间均匀混合层对核壳结构冰晶粒子散射强度的影响以及Mueller矩阵元素随散射角度的变化情况。数值结果表明:随着有效尺寸的增大,椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子的消光效率、吸收效率和散射效率随着有效尺寸的增大分别呈现不同的变化趋势;在相等尺寸条件下,散射强度随散射角度的变化情况与粒子形状有密切关系,且相比于椭球形和六角平板两种簇团形核壳结构冰晶粒子,六角棱柱核壳结构冰晶粒子的前向散射强度最大,散射强度随散射角度的变化曲线振荡更明显。根据Mueller矩阵元素随散射角度的分布情况,可以看出六角棱柱簇团形冰晶结构的散射方向最明显,前向散射强度最大,六角平板和六角棱柱簇团形冰晶结构的Mueller矩阵元素相对球形和椭球形在后向散射场区域的偏差更明显。论文的研究结果为进一步分析复杂冰晶粒子的散射特性,开展高空云层中各种复杂几何形状簇团冰晶粒子的散射特性研究和分析提供支持。     

团聚形核壳结构冰晶粒子的激光散射特性

地空链路无线光通信链路上,云层是影响激光传输散射特性的主要因素之一,主要是由水滴、冰水或者具有其他混合的核壳结构冰晶粒子等组成。建立了考虑晶核以及中间混合层结构的2、8和39个球形核壳结构团聚冰晶粒子模型,分析了晶核尺寸对于理想团聚形核壳结构冰晶粒子消光、吸收和散射系数的影响;且通过对均匀混合层折射率的计算,对比了纯冰晶、理想核壳和考虑中间混合层的核壳三种多球团聚形冰晶粒子散射强度随散射角度的变化情况。数值结果表明:理想核壳结构和中间混合层的核壳结构对冰晶粒子的散射特性影响较大;相同条件下,三种不同团聚形核壳结构冰晶粒子消光、吸收和散射系数存在显著差异。该研究结果对冰晶粒子的散射特性研究结果更为精确,为开展无线光信号在随机分布冰云中的传输分析奠定理论基础。     

混合层折射率对核壳冰晶散射特性影响研究

为进一步研究冰晶粒子的激光散射特性,建立了考虑中间混合层的多层核壳冰晶粒子结构模型,给出了均匀混合介质层的折射率计算式。展开讨论了0.86 μm、1.06 μm两波长下,中间混合层厚度、粒子尺寸大小等对烟煤-冰晶、烟煤-冰晶-水雾两种特殊核壳结构冰晶粒子散射特性的影响。数值结果表明:与理想的核壳结构冰晶粒子相比,考虑中间混合层的核壳结构冰晶粒子的散射强度较小,随着核壳结构冰晶粒子分层数的增多,散射特性差异增大。散射强度与粒子尺寸成正比,且随着粒子尺寸的增大,核壳结构冰晶粒子散射光的方向性增强,散射光强随散射角度的分布越复杂。