1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 陕西理工大学物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723001
3 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室, 陕西 西安 710126
藻类浮游颗粒对激光的散射和吸收是水下蓝绿激光通信性能在海水中衰减的主要原因。依据离散偶极子理论,建立了双椭球、四椭球、柱型丝状、环型丝状和S型丝状五种主要团聚核壳蓝藻颗粒模型,数值计算了核壳藻类粒子在532 nm蓝绿激光波段处的消光系数、吸收系数和散射系数随核壳蓝藻粒子尺寸的变化关系;基于均匀混合层理论,对比了有无中间混合层的核壳蓝藻模型的散射强度随散射角度的变化情况,计算了五种核壳蓝藻模型的粒子尺寸对其散射矩阵元素的影响。计算结果表明:五种藻类在蓝绿激光波段处的吸收系数和散射系数随粒子尺寸的增加而递增,且前向散射强度最大;随着散射角度的增加,五个模型的散射强度都在递减,几个大尺寸藻类模型的散射矩阵元素比值振荡较多。研究结果为海洋水下悬浮藻类颗粒的蓝绿激光散射特性和吸收特性的研究及水下蓝绿激光通信信道的建模提供了参考。
散射 蓝藻粒子 蓝绿激光 离散偶极子近似方法 散射矩阵 光学学报
2021, 41(17): 1729001
1 西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安 710021
2 咸阳师范学院 物理与电子工程学院，陕西 咸阳 712000
3 西安理工大学 自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
在冰晶粒子异质核化理论基础上，建立了椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子模型，利用离散偶极子近似法(DDA)数值计算同一入射波长下，有效尺寸对核壳结构冰晶粒子消光效率、吸收效率和散射效率的影响、中间均匀混合层对核壳结构冰晶粒子散射强度的影响以及Mueller矩阵元素随散射角度的变化情况。数值结果表明：随着有效尺寸的增大，椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子的消光效率、吸收效率和散射效率随着有效尺寸的增大分别呈现不同的变化趋势；在相等尺寸条件下，散射强度随散射角度的变化情况与粒子形状有密切关系，且相比于椭球形和六角平板两种簇团形核壳结构冰晶粒子，六角棱柱核壳结构冰晶粒子的前向散射强度最大，散射强度随散射角度的变化曲线振荡更明显。根据Mueller矩阵元素随散射角度的分布情况，可以看出六角棱柱簇团形冰晶结构的散射方向最明显，前向散射强度最大，六角平板和六角棱柱簇团形冰晶结构的Mueller矩阵元素相对球形和椭球形在后向散射场区域的偏差更明显。论文的研究结果为进一步分析复杂冰晶粒子的散射特性，开展高空云层中各种复杂几何形状簇团冰晶粒子的散射特性研究和分析提供支持。
冰晶粒子 离散偶极子近似方法 散射与吸收 ice crystal discrete dipole approximation method scattering and absorption 红外与激光工程
2020, 49(9): 20190545
1 山东理工大学理学院, 山东 淄博 255049
2 西安电子科技大学理学院, 陕西 西安 710071
基于分形理论，采用蒙特卡罗方法对随机分布的混合凝聚粒子的空间结构进行了仿真模拟。利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额黑碳的内混合凝聚粒子的等效复折射率。采用离散偶极子近似方法对随机分布混合凝聚粒子在内外混合状态下的吸收、散射和消光效率因子等消光特性参量进行了数值计算，深入探讨了混合方式、容积含量、入射波长以及基本粒子粒径和数量对混合凝聚粒子消光特性的影响规律。通过将所得数值结果与T矩阵方法的数值结果进行比较发现，两种数值方法计算的结果非常相近。结果表明，随机分布混合凝聚粒子的散射效率因子对混合方式非常敏感，消光效率因子对混合方式较敏感，而吸收效率因子对混合方式不敏感。随着凝聚粒子尺度参数的增大，混合方式对散射和消光效率因子的影响逐渐显著。内外混合方式下，随着黑碳体积比的增大随机分布混合凝聚粒子的吸收、散射和消光效率因子均近似线性增大，并且增大的幅度随着粒子尺度参数的增大而增大。
散射 混合凝聚粒子 Bruggeman有效介质理论 离散偶极子近似方法 消光特性
1 山东理工大学 理学院，山东 淄博 255049
2 西安电子科技大学 理学院，西安 710071
利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额杂质的团簇粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机取向团簇粒子的散射相函数、消光、吸收、散射效率因子、单次散射反照率以及不对称因子等辐射特性参量进行了数值计算，深入探讨了掺杂量对随机取向团簇粒子辐射特性的影响.研究表明，掺杂对随机取向团簇粒子的辐射特性产生显著的影响，并且此影响随着粒子尺度参量的变化而变化.这一工作对研究多种化学成分组成的混合气溶胶的辐射及气候效应具有重要科学价值.
团簇粒子 辐射特性 Bruggeman有效介质理论 离散偶极子近似方法 Cluster agglomerates Radiative properties Bruggeman effective medium theory Discrete dipole approximation method
1 山东理工大学理学院， 山东 淄博 255049
2 西安电子科技大学理学院， 陕西 西安 710071
利用离散偶极子近似方法对粘附不同粒径、不同化学成分大粒子的复杂凝聚粒子的光散射特性进行了研究，数值计算了复杂凝聚粒子的散射强度和线偏振度随散射角的分布规律，分析了大粒子的粒径、化学成分对整个凝聚粒子光散射特性的影响。研究表明，凝聚粒子中大粒子的粒径和化学成分对整个凝聚粒子的光散射特性影响较大，此影响随着大粒子粒径的增大变得更加明显。
物理光学 光散射特性 离散偶极子近似方法 烟尘凝聚粒子 激光与光电子学进展
2011, 48(10): 102601
利用离散偶极子近似方法研究卷云中随机取向六角形冰晶粒子的取向比对散射特性的影响，数值计算了在小尺度范围内随机取向六角形冰晶粒子的散射特征量，包括散射相函数、消光效率因子、不对称因子、单次散射反照率和线偏振度。研究表明：取向比对随机取向六角形冰晶粒子散射特征量的影响比较明显，并且此影响随着粒子尺度参数的变化而变化，与入射波长无关；相同尺度参量和不同取向比粒子的散射相函数的角分布曲线均有一个交点，并且随着粒子尺度参量的增加，交点所对应的散射角度值逐渐向小角度方向移动。此研究结果为气溶胶粒形检测和识别提供了理论依据。
散射特性 离散偶极子近似方法 取向比 六角形冰晶粒子 scattering property discrete dipole approximation (DDA) method aspect ratio hexagonal ice crystals
采用蒙特卡罗方法，根据团簇-团簇凝聚(CCA)模型对随机取向且具有分形结构的煤烟气溶胶粒子进行了仿真模拟，利用离散偶极子近似(DDA)方法计算了随机取向的煤烟气溶胶粒子从紫外到红外波段的吸收、散射与消光效率因子，得到了太阳辐射波长、原始微粒的粒径和数目对煤烟气溶胶粒子的消光特性影响规律。通过将所得数值结果与T矩阵方法的数值结果进行比较发现，两种数值方法计算的结果非常相近，这验证了所用DDA方法的正确性。研究表明，炭和灰凝聚粒子对太阳辐射存在着不同程度的消光作用，其消光影响主要集中在紫外到近红外波段；随机取向的煤烟气溶胶粒子对太阳辐射的消光特性受基本粒子数量和粒径的影响比较大。
大气光学 煤烟气溶胶粒子 离散偶极子近似方法 消光特性
1 山东理工大学理学院，山东 淄博 255049
2 西安电子科技大学理学院，西安 710071
基于分形理论，采用团簇—团簇凝聚模型对随机分布烟尘团簇粒子的分形结构进行了模拟.利用离散偶极子近似方法研究了不同类型的随机分布烟尘团簇粒子的单次散射特性.利用蒙特卡罗方法研究了激光信号在随机分布烟尘团簇粒子中的传输衰减特性.讨论了入射角、激光波长、烟尘粒子数密度以及组成单个烟尘团簇粒子的原始微粒粒径和数目等参量对激光衰减特性的影响.研究结果对激光在复杂随机介质中的传输衰减特性分析提供了理论依据.
烟尘团簇粒子 离散偶极子近似方法 蒙特卡罗方法 衰减特性 Soot agglomerates Discrete dipole approximation method Monto Carlo method Attenuation characteristics
利用蒙特卡罗方法根据团簇团簇凝聚(CCA)模型对由球形原始粒子凝聚而成的烟尘团簇粒子进行了模拟,用离散偶极子近似(DDA)方法研究了烟尘团簇粒子随机取向时的激光散射特性,并与等效球形粒子的激光散射特性进行了比较。结果表明,等效球形粒子的激光散射特性与随机取向烟尘团簇粒子的激光散射特性存在着明显差别,不能用等效球形粒子来代替随机取向的团簇粒子;随机取向的烟尘团簇粒子的激光散射特性受基本粒子数量和粒径的影响比较大。该结果将为进一步研究随机取向团簇粒子的形成机理、形态特性以及激光在其中的传输特性提供了一种理论方法。
物理光学 烟尘团簇凝聚粒子 离散偶极子近似方法 激光散射特性
1 山东理工大学物理学院,山东淄博,255049
2 山东淄川一中高中物理组,山东淄博,255100
3 山东理工大学交通与车辆工程学院,山东淄博,255049
基于分形理论,用计算机模拟了由球形基本粒子构成的煤烟聚集粒子.利用离散偶极子近似方法(Discrete Dipole Approximation)研究了煤烟聚集粒子的散射特性,讨论了分形煤烟聚集粒子的散射强度随煤烟聚集粒子的分形结构、大小、相对折射率及入射波波长变化情况.
光散射 煤烟聚集粒子 分形 离散偶极子近似方法 light scattering soot aggregates fractal discrete dipole approximation
