随机粗糙面穆勒矩阵的数值分析

穆勒矩阵反映了物体对光波偏振特性的影响,包含大量的物体表面信息。采用基尔霍夫近似法分析了二维随机粗糙面的散射场和散射穆勒矩阵,数值模拟了入射角和相对粗糙度变化时铜、铁、镍、玻璃、铌酸锂的散射穆勒矩阵。仿真结果表明,金属和电介质的穆勒矩阵存在明显差异:随着入射角的增大,金属和电介质的m_(01)、m_(10)、m_(22)、m_(33)参数变化幅度分别小于30%和大于80%;随着相对粗糙度的增大,金属和电介质的m_(00)、m_(11)、m_(22)、m_(33)参数变化幅度分别超过60%和小于20%;金属的m_(23)、m_(32)参数随入射角的增大而增大,随着相对粗糙度的增大而减小,而电介质的m_(23)、m_(32)参数始终为0。这些差异可用于识别金属和电介质,也为物体表面粗糙度的测量提供了一定参考。

不同入射角下物体的穆勒矩阵

穆勒矩阵是一种用斯托克斯矢量描述光波在传播过程中偏振态变化的关系矩阵,是获取物体偏振特性的重要手段。但穆勒矩阵的测量与材料、粗糙度、入射角、环境等因素有密切关系。采用多次旋转波片和偏振片的方法测量了不同入射角下,铜、铝、钢、硅和蓝宝石五种材料的穆勒矩阵,分析了入射角对穆勒矩阵各分量值的影响。根据Lu-Chipman极化分解方法对穆勒矩阵进行了分解,并分析了样品双向衰减特性、起偏特性、相位延迟特性、退偏振特性与入射角之间的关系。同时发现金属和电介质材料m23、m32两个分量随入射角变化的规律不同,可作为区分金属与电介质的一个依据。该分析结果对研究物体的偏振特性和材料识别有一定参考价值。