基于广义Mie散射理论的椭球粒子粒度测量方法研究

基于广义Mie氏理论，计算了平面光入射时，椭球粒子的散射光空间分布．并通过数值计算，系统研究了椭球颗粒散射光强分布与颗粒的折射率、长短轴之比和尺度参数的关系，发现可以通过测量散射光的峰值的个数及散射强度第一极小值所在角度来判断椭球粒子的粒度及椭球度．

混沌Lorenz系统延迟反馈控制的机理分析

利用广义Hamilton系统理论的Melnikov方法,严格分析了延迟反馈方法控制混沌Lorenz系统到周期解的机理,揭示了延迟时间与控制混沌的关系.延迟反馈项实际上是一个作用明显的扰动项,通过选择合适的参数,使得系统的稳定流形与不稳定流形不再横截相交,Smale意义下的混沌受到抑制,将Lorenz混沌系统引导到各种不同的周期轨道;可见,延迟时间关系到控制扰动量的大小,但不必是混沌吸引子内嵌不稳定周期轨道的周期整数倍.另外,通过数值仿真,其结果与理论分析相符,从而表明了该分析方法的有效性.

蒸发微粒气体对光的消光特性

在真空镀膜问题中,对蒸发出的有机分子颗粒作粗粒化处理,在假定其形貌为球体粒子条件下,针对由一定数量的、随机分布的蒸发微粒组成的多粒子体系,利用电磁学广义Lorenz-Mie理论研究了该多粒子体系对光的消光特性.计算结果表明,随着主粒子粒径的增大和数量的增加,消光系数呈现出先增大后减小的趋势,体系消光系数存在极大值;当平面波入射时,入射光能量相对高斯光束具有更大的损耗.另外,讨论了不同主粒子尺寸参数下电磁场幅值的分布特性.

太赫兹波在烟尘气溶胶中的传播特性

随着太赫兹波技术的发展,对其在各种大气条件下的传播特性的研究是很有必要的。本文利用扩散限制凝聚模型(DLA方法)模拟了组成烟尘气溶胶的簇团粒子,并利用广义Mie理论(GMM)方法计算了不同基本粒子个数的单个簇团粒子对波长分别为30μm、35μm和40μm的太赫兹波的散射特性。另外本文还利用蒙特卡罗方法模拟计算了浓度较大的烟尘气溶胶对太赫兹波的衰减特性并将结果与波长为6.2μm的红外波段的结果进行比较,结果显示,太赫兹波在烟尘气溶胶中传播的衰减要小的多,这也说明太赫兹波更加适合在烟尘气溶胶中传播。

双球聚集粒子辐射特性分析

基于广义Mie理论求解方法(GMM),考虑单元粒子之间的相互作用,计算了不同尺度参数不同间距的双球聚集粒子的衰减因子、散射因子等辐射特性参数,同时分析了双球聚集粒子与不考虑相互作用计算所得的辐射特性差异,分析结果表明:考虑相互作用与不考虑相互作用计算所得的双球聚集粒子的辐射特性存在着一定的差别,这种差别随粒子间距、尺度参数的变化而变化,最大偏差达30%左右。

采用GMM方法分析聚集粒子的辐射特性

采用广义多粒子M ie理论(GMM)研究了由球形微粒组成的聚集粒子的衰减因子、散射因子、散射相函数等辐射特性参数,考虑单元粒子之间的相互作用,与M ie理论计算的辐射特性参数(不考虑单元粒子之间的相互作用)进行分析比较.结果表明:考虑相互作用与不考虑相互作用所得的聚集粒子辐射特性存在着差异,这种差异随着粒子间的距离、尺度参数的变化而改变,并且具有一定的规律.同时,分析了聚集粒子与等效(等体积或等面积)单粒子之间的辐射特性差异对辐射传输计算的影响,研究发现:考虑相互作用的聚集粒子组成的粒子系与等效球粒子系的温度场之间有明显的差异,相对偏差的最大值约20%,因此,在计算聚集粒子组成的粒子系的温度场时不能忽略粒子间的相互作用.

基于时域有限差分法的冰晶粒子群多次散射特性

为了精确地利用雷达回波信号反演降雪粒子的微观物理参数,建立满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型,利用XFDTD软件计算了这两类非球形冰晶粒子群模型在94 GHz频率下的雷达散射截面,分别为-37.690 0和-40.301 0dB·m^2,与简单叠加计算的结果对比后发现绝对误差分别达到0.334 4和0.733 7 dB.在冰水含量一定时,满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型在分别考虑多次散射和单次散射下雷达反射率因子的绝对误差分别为0.334 6和0.733 7 dB,因此粒子群的多次散射效应在实际气象探测中必须加以考虑.

基于后向光散射的颗粒测量技术研究

颗粒粒径和颗粒折射率是光散射颗粒测量技术中的重要参数。为了实现颗粒粒径的测量及其分档,在广义Mie理论基础上,分析了颗粒粒径及折射率对后向散射光能分布的影响,并得到了后向散射光能分布随颗粒粒径及折射率呈周期变化规律。实验验证结果表明,后向散射光能与颗粒粒径及颗粒浓度有关。研究结果可为后续的颗粒测量研究提供参考。

球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究

研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性.根据广义Mie理论,推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式.针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真,讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的变化特性,并通过散射系数解释了散射强度分布的振荡现象.结果表明,在聚焦拉盖尔-高斯光束照射下,球形粒子的后向散射强度随着粒子半径的增大而逐渐增大;后向散射强度开始增大时对应的粒子半径与拓扑荷有关.通过与高斯光束的对比,可以看出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射特性的差异,使其在粒径测量、光通信和大气后向散射探测等方面具有潜在应用价值.

具有轨道角动量光束入射下的单球粒子散射研究

根据广义Mie理论,研究了具有轨道角动量拉盖尔-高斯光束(LGB)的空间传输特性以及单粒子散射特性.在单体球粒子对高斯光束散射研究的基础上,分析了在自由空间不同传输距离LGB光束的光强分布情况,在不考虑散射和波束相移关系的情况下,将LGB作为入射高斯光束,通过对波束入射时的散射衰减截面求解得到波束因子,利用矢量球谐函数对入射高斯波束进行展开,从而研究了单球粒子在在轴条件下对具轨道角动量高斯波束入射的散射问题.通过数值计算,讨论了散射强度及角分布在不同波束宽度情况下对其散射特性的影响,并与平面波的情况做了对比.结果表明,当波束束腰半径较小时,束腰半径对衰减率的影响较大,而当束腰半径远大于粒子半径时,接近于平面波的情况.

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。

拉盖尔高斯光束矢量远场单球粒子的散射特性

运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义Mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积增大,位于光轴上的微分散射截面减小;随着粒子尺度参数的增大,消光效率因子、散射效率因子和吸收效率因子出现峰值,并且峰值随着拓扑荷数的增大向着粒子尺度增大的方向移动。