复杂目标光学散射截面数值仿真方法（英文）

研究复杂目标的几何建模、光学面元消隐和目标表面的光学散射特性.针对任意构型的目标,提出采用均匀光照明仿真图像进行光学散射截面(OCS)数值计算方法.通过自适应Z缓存方法,实现目标光学消隐面的计算,将这部分消隐面面积从目标OCS的数值积分中去除.研究近似镜面材料的空间模板褶皱表面的光学散射数值模拟方法,以及基于激光主动探测系统实验测量数据的目标OCS实验分析方法.根据某缩比例空间目标相对探测系统不同方位、俯仰角情况的OCS实验结果,校正OCS数值仿真参数.仿真结果与实验结果的图像比较和OCS曲线趋势大略一致,考虑到表面褶皱的随机性、姿态的测量误差和仿真模型有限的校准能力等因素,本文提出的数值仿真方法能够在一定程度上描述目标的OCS值.

雷达定标卫星光学散射特性研究

对主体为铝球用于雷达定标的一批卫星进行了地基光学观测,验证了其光度变化和光谱特性简单,易于开展光度和光谱特性影响因素分析。实验室对铝球的仿真测量也证明了铝球具有各向同性好、反射特性和光谱特性平稳等特点。研究团队基于测量结果构建了铝制球体卫星的光度计算模型,与实测结果的对比分析表明,利用铝制球体的材料特性和外形特征可最大程度的简化卫星光度计算模型,也证明了实测方法和光度计算模型构造方法的正确性,使得卫星光度可实时保精计算,可应用于天基和地基光电探测设备的动态能量定标和高速、变速运动状态下的探测能力标定。

基于灵敏度分析的一维纳米结构光学散射测量条件优化配置

在光学散射测量中,除了实际测量光谱的质量外,模型的输出光谱对待测纳米结构参数的灵敏度也对最终测量结果的精度具有重大影响.由于不同的测量配置(入射波长、入射角和方位角的组合)下,纳米结构参数的灵敏度会不同,因此提出了一种基于灵敏度分析的测量条件优化配置方法来改善待测参数的灵敏度,以实现更高精度的纳米结构测量.实验表明,在理论预估的最优测量配置下,一维纳米结构所有待测参数的测量精确最优,验证了其有效性.

基于单光子探测的目标光学散射特性研究

研究了目标物体的单光子散射回波特性,基于红外单光子探测器和皮秒激光器搭建了目标光学散射特性测量系统,以回波光子数作为单光子条件下目标光学散射特性的表征。实验研究了不同形状(球体、立方体、圆柱体、圆锥体)目标物体的单光子散射特性,并利用双向反射分布函数模型对实验结果进行拟合,理论拟合结果与实验测量结果能够很好地吻合。进一步对不同材质(瓷砖、木材、外墙砖)目标物体的单光子散射特性进行了研究,并将实验结果与传统波动散射特性进行了对比分析。该研究为单光子激光雷达远距离目标识别与探测的相关工作提供了参考。

空中目标对复杂背景红外辐射的光学散射特性研究

现阶段,大气辐射传输算法与模式已经在国内外被广泛应用,很多已经形成整体化系统软件。本研究主要研究空中目标对复杂背景红外辐射的光学散射特性。

入射光照对典型光刻胶纳米结构的光学散射测量影响分析

作为一种快速、低成本和非接触的测量手段,光学散射测量在半导体制造业中的纳米结构三维形貌表征方面获得了广泛关注与运用.光学散射测量是一种基于模型的测量方法,在纳米结构待测参数的逆向提取过程中,为降低参数之间的耦合性,通常需要将结构的光学常数作为固定的已知量,即假设结构的材料光学常数不受光学散射仪入射光照的影响.事实上,这一假设对于半导体制造业中的绝大多数材料是成立的,但某些感光材料的光学常数有可能随着入射光的照射时间增加而发生改变,而由此产生的误差会在一定程度上传递给待测形貌参数的逆向提取值.本文针对聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶薄膜培片和光栅结构分别开展了光学散射测量实验与仿真研究,结果表明该光刻胶材料的光学常数随着入射光照时间增加而变化,进而导致光栅结构形貌参数的提取结果较大地偏离于真实值,不容被忽视.这一研究发现将为更进一步提高光刻胶纳米结构三维形貌参数的测量精确度提供理论依据.

空间目标光学散射特性研究进展

空间目标光学散射特性建模与分析是空间光学监视系统论证设计、性能评价的前提和基础。以空间目标的可见光与激光散射特性为主要研究对象,分析了空间目标光学散射特性的基本研究内容和方法,介绍了国内外应用于卫星表面材料的比较典型的BRDF模型,从卫星表面材料BRDF测量与建模、目标可见光散射特性测量与仿真计算和空间目标LRCS测量与仿真计算三个方面,介绍了国内外典型研究单位的研究成果以及下一步的研究发展方向。可为空间目标光学特性研究思路与方法提供借鉴。

遮光罩材料光学散射特性测试系统设计

遮光罩是应用于天基光学系统中起消除杂散光作用的主要结构组成部分。遮光罩材料主要是有机玻璃(PMMA),其光学散射特性决定其消杂光的效果。而目前光学系统的杂散光分析多限于软件仿真。为此,提出一种用于遮光罩材料光学散射特性的测试系统,利用精密的位移装置,通过光电倍增管进行数据采集,得到被测目标表面的双向反射分布函数(BRDF),用以评价材料的光学散射特性。实验测试聚四氟乙烯(PTFE)漫反射板的BRDF,测试结果与国际上相同条件下测试结果一致。对比光滑表面和非光滑表面的黑色及白色有机玻璃材料的BRDF,结果可为遮光罩设计提供参考。测试系统不仅可以用于非透明目标的BRDF,也可以用于透明及半透明目标的BTDF (双向透射分布函数)。

基于实验测量与OCS仿真计算的卫星光学散射特性对比验证

卫星的光度数据与卫星的姿态、材质、观测角度等多种因素有关,仿真计算往往无法获取这些因素,导致仿真计算结果无法与实测进行对比.针对仿真结果无法通过实测进行验证的问题,结合卫星工具箱中卫星运动场景,分别通过实验测量与仿真计算获取卫星光学散射特性的时序数据.实验测量中,在实验室内模拟太空光学环境,实现实验过程中卫星模型姿态与卫星工具箱中卫星姿态的并行分析,保证了测量的准确性.仿真计算中,采用基于前期空间目标常用材质双向反射分布函数实测数据拟合出的双向反射分布函数模型,且考虑卫星表面材料褶皱对空间目标光学散射特性的影响,提高仿真精度.此外,设计了一个轨道参数为:半长轴a=7 716.14km,偏心率e=0.001,轨道倾角i=58°,近日点幅角ω=36°,升交点赤经Ω=345°,平近点角M=231.1°,相位角变化范围为38°~98°的三轴稳定卫星运动场景,通过实验测量与仿真计算获取该场景下卫星的光度数据,发现二者趋势相同,幅值相近,相关系数为0.69.

基于光学散射特性的失稳空间目标旋转分析

本文提出了基于光学散射特性的失稳空间目标旋转速率实验模拟方案以及数据处理方法,解决了失稳空间目标旋转速率反演的问题。实验构造了模拟真实光学观测的测试系统,使得卫星模型姿态、太阳方位、探测器观测角均与STK模拟场景相同,并模拟了低轨STSS卫星失稳条件下的探测过程,获取了多个周期的探测数据。通过频谱分析法、自相关法、交叉残差法处理实验数据,发现三种方法都可以成功反演出卫星模型的旋转速率,但交叉残差法受干扰较小,结果更准确。通过本文的工作,为今后通过光学散射特性反演真实卫星旋转速率提供了依据。

基于光学散射截面的进动空间目标运动分析

针对空间目标光学散射截面(OCS)计算过程中存在的精度低等问题,采用了基于空间目标常用材料实测BRDF数据拟合出的改进Phong模型,并对卫星模型表面进行褶皱处理,提高了计算精度。在STK中设计了卫星处于不同进动状态下的运动场景,分别计算了这些场景下卫星的OCS时序数据,通过对数据的周期性进行对比分析,发现进动角对卫星光学散射特性的影响。进一步研究表明:当卫星的进动角较小时,可以从卫星的光学散射特性数据中反演出卫星的旋转速度;当卫星的进动角大于临界值(对文中设计的场景来说,该临界值为30°)时,无法从卫星的光学散射特性数据中反演卫星的周期性。

中国科大实现不受光学散射极限限制的量子统计测量术

中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室孙方稳研究组，在国际上首次利用量子统计测量技术实现了不受传统光学散射极限限制的相邻发光物体的测量和分辨，

宽视场远距离光学散射成像技术研究进展

散射体内部颗粒分布及折射率分布的不均匀对经过散射体的携带目标信息的光子传播造成干扰,导致直接探测的图像失真。针对该问题,发展了众多的光学散射成像技术,实现了部分特定散射介质条件下的目标成像。介绍了基于弹道光子优化采集的部分传统散射成像技术的原理,还介绍了最新发展的计算散射成像技术的基本原理与技术特点。计算散射成像技术正朝着充分利用大光学厚度散射介质引起的非弹道光子的方向发展,其中基于光学记忆效应和相位恢复的算法、相干衍射成像、叠层迭代引擎等计算成像技术可能适应厚散射介质动态变化、目标非稀疏性等特点,有望应用于宽视场、远距离散射成像领域。

光学后向散射浊度仪简介及应用研究

主要介绍了进口光学散射浊度仪的结构、测量原理、校准 ,并对其误差和影响因素进行了分析 ,揭示了含沙浓度与浊度的相关关系 。

江苏废黄河口光学后向散射浊度计的沉积物标定

以往的光学后向散射浊度计(Optical Backscatter,OBS)标定,多用其输出的浊度值进行研究,此研究目的是对OBS的原始输出的值进行了标定。利用在江苏北部废黄河口获得的表层沉积物样品和水样悬沙数据,分别对OBS的原始输出的值进行了室内标定和现场标定。结果表明:OBS值与悬沙含量呈强的线性关系,特别是在近岸悬浮体含量较高的水域。此外,室内用表层沉积物标定结果获得的悬沙含量值比实有含沙量高。像OBS的浊度值一样,OBS的原始输出的值能应用于悬沙的分析。这说明,即使没有浊度标定文件,使用OBS获得的数据也可以进行悬沙含量分析。

激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

当前,激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下,实验与模拟的偏离逐渐增大,一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点,使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来,四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立,部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识,还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响,促进了实验技术的精密化发展。在未来,还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术,面向点火黑腔条件,大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度,开展新物理机制的探索和研究,在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。

GaAs衬底上分子束外延ZnTe_(1-x)S_x合金的光学声子散射研究

用分子束外延方法在GaAs（100）衬底上外延生长了不同组分的ZnTe1-xSx（0＜x＜1）合金．用X射线衍射和喇曼散射对该合金的晶体结构和光学声子散射性能进行了研究．通过对其光学声子频率随x的变化研究发现，ZnTe1-xSx合金呈现典型的双模特性．其中，ZnTe1-xSx合金中类ZnTe模和类ZnS模的长波光学声子频率随组分x呈线性变化．用改进了的随机元等位移（MREI）模型计算了该合金的长波光学声子频率和x的关系，并与测量结果作了比较，理论和实验符合很好．

光学后向散射法在海洋现场探测无机悬浮颗粒物质的应用研究

本文论述了使用作者于1988年研制成功的国内第一台拖曳荧光计系统，通过改换荧光测量滤光片为中性游光片。于1988年至1989年首次在国内东、黄海倾废区分别进行了较大规模的海洋倾倒悬浮污染物质（粉煤灰和碱渣）的海洋深层追踪观场实时测量实验。由于该系统采用了短光程、正交测量的光学后向散射法，使得对悬浮颗粒物质具有3个数量级的测量范围（2～2000mg／l）、良好的线性关系和极高的精确度。工作深度从海表层到50m水深，走航拖曳速度为0～8kn。在测量实验中，该系统能在预定深度走航平稳地快速、连续测量人工投放在实验海区的悬浮颗粒物质浓度的时间、空间分布，取得了令人满意的结果。此方法测量悬浮颗粒物质的原理及其在测量性能方面优于光学前向散射法和衰减法。

基于光学散射仪的T型相变存储器三维形貌参数测量

T型相变存储器的低功耗、非易失性、高存储密度和高可靠性等优势使其被国际半导体工业协会认为是下一代半导体存储器的主流产品之一。为了保证T型相变存储器制造工艺的可控性,提出了一种基于光学散射的纳米结构三维形貌参数测量方法。基于严格耦合波分析方法建立了T型相变存储器的光学特性模型。分析了待测样品上椭圆偏振光的振幅和相位变化量。用逆散射问题反演求解待测纳米结构的三维形貌参数等信息。利用光学散射仪对T型相变存储器的三维形貌参数进行测量,并将待测参数的提取结果与扫描电子显微镜的测量结果进行对比,验证了光学散射仪在T型相变存储器形貌表征及制造工艺监控上的可行性与有效性。