基于一阶彩虹区域高斯光散射的液滴测量

为实现雾化过程中局域内单液滴的测量,采用德拜级数展开研究了高斯光照射下球形液滴一阶彩虹区域的散射光强分布,以及高斯光束腰大小对光强分布峰值角度的影响.根据德拜级数展开计算的散射光强分布反演液滴的折射率和粒径,证明了根据高斯光的彩虹散射反演液滴信息的可行性.基于广义洛伦兹-米氏理论计算一阶彩虹区域的总光强分布,根据总光强分布反演液滴折射率和粒径,讨论了高斯光束位置对反演液滴信息的影响.对于半径在200~1 000μm区间的液滴,高斯光束位于中心入射时,反演折射率的误差小于2.38×10-4,粒径的相对误差在-3.31%~3.31%之间.与采用平行光彩虹技术相比,采用高斯光束为入射光可以得到较高的光能聚集区,较好地定义测量区大小,既可以有效避免多个液滴同时出现在测量区的情况、减小颗粒之间复散射的影响,又可以提高信号强度.

双层植被电磁散射模型分析及实验对比

基于矢量辐射输运理论,根据广义瑞利 金斯近似理论计算了单个植被叶片的后向散射系数随着入射角和尺寸参数的变化曲线.采用矢量辐射输运方程的零阶和一阶迭代解,考虑了地面相干散射的影响,详细描述并计算了双层植被散射模型的后向散射系数,并与文献实测数据对比分析,得到了较好的吻合结果.

基于米氏散射理论的水中悬浮颗粒物散射特性计算

降低或减少水体中悬浮颗粒物的光散射影响是直接光谱法检测水质化学需氧量（COD）的关键技术问题。为此,依据米氏散射理论,采用改进型连分式结合后向递推算法,研究了紫外-可见光照射下水体中藻类和泥沙类悬浮颗粒物的光散射特性。通过构造球形粒子的光散射模型,在入射光波波长为200~1000 nm、悬浮颗粒物尺寸为1~200μm的条件下,分析和计算了散射光强度和角度的变化规律。仿真结果表明：当改变粒子尺寸,调节入射光波长时,两种悬浮颗粒物的散射光强与散射角度呈现显著变化,这为进一步提高基于紫外-可见吸收光谱法的水质检测精度和降低散射影响提供了依据。

MEMS器件中的微体缺陷检测研究

为实现对硅基材料和MEMS器件内微体缺陷的无损、高效和准确检测 ,在研究广义洛仑兹 米氏散射理论的基础上 ,针对硅基材料和MEMS器件的物理特点 ,对球形缺陷与红外激光相互作用在非垂直方向散射光强分布特点进行了研究和计算机仿真 ,提出利用红外激光背散射分布分析对硅基材料和MEMS器件内部缺陷进行检测的方法 ,并通过实验验证了该方法的有效性。

光子在高散射媒质中传输特性的蒙特-卡罗模拟

为研究光子在高散射媒质中的传输特性,将高散射媒质等效为离散的球形散射体集合。在蒙特-卡罗方法的基础上,提出一种新的椭圆算法来确定高散射媒质中散射点的分布。根据米氏散射理论和光子辐射输运方程,结合模拟解析得到的散射点的分布,不同粒径、不同光程下光子散射阶数的分布以及不同散射阶数的散射光强分布,从而实现光子在高散射媒质中动态特性的数值解析。数值解析结果表明光子在高散射媒质中的传输过程本质上是光子的复散射过程,这种数值解析方法能有效解析高散射媒质中光子从单散射到复散射全光程的动态传输特性。

水下悬浮球形藻类粒子群对拉盖尔-高斯涡旋光束的散射

水下信道中存在大量的悬浮藻类粒子,对激光信号传输特性有显著的影响。基于广义Mie理论,建立了水下悬浮球形藻类粒子对拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束的散射模型。首先,数值仿真了单个悬浮球形藻类粒子对LG涡旋光束散射特性的影响,并计算了粒子半径、束腰半径、涡旋光阶数和拓扑荷数对其微分散射截面的影响。然后,进一步讨论了水下悬浮球形藻类粒子群对LG涡旋光束微分散射截面的影响。结果表明:对于水下单个悬浮球形藻类粒子,微分散射截面随粒子半径、涡旋光阶数和束腰半径的增大而增大,随涡旋光拓扑荷数的增大而减小;对于水下悬浮球形藻类粒子群,微分散射截面随涡旋光阶数和束腰半径的增大而增大,随涡旋光拓扑荷数的增大而减小。

高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射特性研究

运用广义洛伦兹-米散射理论(GLMT)研究了高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子的散射特性,将直角坐标系下沿z轴方向传播的贝塞尔波束的电磁场强度各分量表达式转化成球坐标系下各个分量的表达式,使用GLMT中的积分局部近似法计算贝塞尔涡旋波束的波束因子,进而计算在轴入射的高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射。以硝酸铵球形粒子为例,通过数值计算,讨论了不同拓扑荷数和半圆锥角矢量贝塞尔涡旋波束与气溶胶粒子作用的微分散射截面随散射角变化的分布,以及消光截面、散射截面和吸收截面随均匀球形气溶胶粒子尺寸参数的变化情况。结果表明,随着贝塞尔涡旋波束拓扑荷数的增大,粒子微分散射截面值逐渐减小;拓扑荷数一定的贝塞尔涡旋波束随着光束半圆锥角的增大,消光截面、散射截面和吸收截面各值整体上趋向减小。

聚焦部分相干平顶涡旋光束对瑞利粒子的捕获

基于广义惠更斯-菲涅尔原理和瑞利散射理论,推导了聚焦部分相干平顶涡旋(partially coherent flat-topped vortex,PCFTV)光束作用在瑞利微粒上辐射力的表达式,主要研究聚焦PCFTV光束对不同折射率的两种粒子的捕获情况。研究结果表明,聚焦PCFTV光束可以在焦点处捕获高折射率和低折射率的粒子。随着光束阶数的增大以及相关长度的减小,光束对微粒的捕获能力增强。所得结果对PCFTV光束应用于光学操控具有一定的意义。

彩虹及在非均匀球中的应用

利用广义洛伦兹米氏理论 ,研究了多层球折射率按指数规律变化时 ,其一阶彩虹角分布随折射率变化的情况。研究结果表明 ,无论折射率为指数增大还是指数衰减 ,多层球彩虹角位置均与折射率分布密切相关 ,为探测非均匀球的折射率及梯度分布以及燃烧室的温度分布提供了有效的信息。