基于复折射率的偏振模型及其应用

红外偏振成像技术近年来发展迅速,但偏振机理等方面的研究仍处于起步阶段。为深入研究红外辐射偏振特性的产生机理和影响因素,本文提出了一种基于复折射率的偏振模型。模型基于空气-光滑介质表面建立,适用于吸收性介质和非吸收性介质。偏振模型以介质的复折射率为参数,观测角为输入,可以输出红外辐射水平分量和垂直分量的反射率和发射率,也可以输出反射辐射和自发辐射单独作用时的偏振度。基于提出的模型,结合MATLAB仿真,文中分析了反射辐射和自发辐射偏振性的产生机制,以及反射辐射和自发辐射对目标偏振特性的影响。偏振模型的建立,有助于深入理解红外偏振,并为偏振探测提供理论支持。

透射法测量半透明液体热辐射物性的双厚度模型

基于光线跟踪法研究了玻璃-半透明液体-玻璃三层平板透射特性,给出了获取夹层内液体透射比模型。分析了透射法测量液体热辐射物性的双厚度模型的单值性和多值性条件,给出了其适用范围。以庚烷热辐射物性测量为例,采用正问题模型计算透射比并作为"测量值",利用双厚度模型反演n、k。结果表明,在一定n、k的范围内双厚度模型反演误差较小,且利用其反演庚烷的n、k与文献实验数据吻合较好,同时分析了测量误差对反演的影响。

太赫兹波大气衰减的抛物方程模型

抛物方程是一种模拟电波传播特性的高效模型,但目前抛物方程模型在模拟电波传播时,主要考虑大气的折射效应而忽略了其吸收作用,然而太赫兹波的大气衰减较为严重。通过引入大气分子吸收的复折射率,实现了应用抛物方程模型计算太赫兹波的大气衰减。该模型考虑了大气压强、温度和水汽密度等气象参数随高度变化对大气衰减的影响,且能够针对不同地区和季节的气象条件对大气衰减进行计算,与真实环境更加符合。最后利用该模型仿真分析了0.14 THz波的传播特性,给出了传播损耗随距离和高度的变化,并与忽略大气衰减的结果进行了对比,结果表明抛物方程模型能同时体现太赫兹的大气吸收效应和多径传播效应。

基于高斯混合模型的液体电磁参数太赫兹测量方法

针对使用透射式测量系统难以提取太赫兹波段高吸收样品电磁参数的难题,采用反射式时域光谱系统分别测量了极性液体和非极性液体的时域光谱。通过时域有限积分算法对太赫兹波在样品中的传播特性进行建模,并使用高斯混合模型重新构建反射光谱,从噪声中恢复了原始的太赫兹时域信号,解决了反射式系统信号易受干扰导致的电磁参数发生伪波动的问题。实验结果表明,使用恢复信号计算得到的水和液体石蜡在0.4 THz~2 THz波段的折射率和消光系数,与使用原始信号计算得到的结果相比,有效地消除了波动现象,去趋势波动分析(detrended fluctuation analysis,DFA)标度指数较之原始信号计算值分别上升了7%、3%、29%、31%,验证了该方法的有效性和正确性。

层状梯度折射率介质中光线的计算机模拟

本文利用斯涅耳定理,采用计算机模拟的方式给出光在折射率呈层状梯度分布的介质中的传播路径。

基于涂层材料散射光偏振度的复折射率反演

基于微面元P-G模型,结合涂层材料的表面特征,对半经验遮蔽函数进行了改进,推导了一种基于散射光偏振度反演复折射率的方法,开展了中绿涂层材料偏振散射实验,讨论了相关参量对偏振度和反演误差的影响。研究表明,入射角对偏振度和反演误差的影响较大,其次为折射率实部、虚部和探测角;反演结果能客观地反映涂层材料的复折射率,反演误差小于2%,可作为一种涂层材料复折射率反演的新方法,在目标识别领域有着重要的应用价值。

垂直入射时无限长分层柱电磁散射的改进算法及应用

结合非均匀球粒子对平面波散射的散射场计算的改进算法,提出了平面波垂直入射无限长分层圆柱散射场快速稳定而有效的改进电磁散射算法。与已有算法相比,改进算法所能计算的无限长非均匀介质圆柱的尺寸参量突破10000,计算层数达到106,并且计算时间很短,最多仅为几秒。该算法可以用于不同的波段以及不同领域的任意无耗或吸收无限长圆柱体散射场的计算。最后将该算法应用于梯度折射率聚合物光纤(GI-POF)散射特性的研究,为非接触、在线测量聚合物光纤折射率分布提供了理论依据。

半透明介质相变中的辐射变物性问题

半透明介质相变传热在许多工程领域引起关注,其实质是变物性条件下伴随相变的辐射导热瞬态耦合传热问题,其难点在于相变过程中的辐射变物性问题,尤其是折射率的时空演变问题。本文首次研究相变过程中的变折射率问题。假设相变介质存在固相糊状液相区,固/糊界面、液/糊界面假定为半透明漫反射。采用多层辐射传递模型模拟相变介质内的辐射传递问题,考虑折射率分布在相变过程中随相变时间的变化及随相态空间的转换,研究其对相变辐射耦合传热的影响。结果表明,半透明介质相变过程的变折射率问题不可忽视。

鼠脑的复折射率研究

采用全内反射法对鼠脑冠状切片组织黑质区进行测量,基于简化为双层模型的梯度复折射率多层模型,拟合得到鼠脑样品复折射率为1.3760和0.0040.与菲尼尔公式相比,梯度复折射率多层模型拟合得到的相关系数更高,样品折射率和消光系数随着穿透深度增加而变大,在临界角处的入射光穿透深度为216 nm.