红外与激光工程
2021, 50(6): 20210041
1 四川大学 电子信息学院，四川 成都 610064
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 超光滑表面无损检测安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
针对实际工作中的光学元件表面粒子污染，以米氏理论为基础，分析了在风沙地区空气中污染颗粒（以SiO2为主）对入射激光能量的吸收效应。此外，进一步分析空气洁净度、元件工作面的朝向以及放置时间等对光学元件表面吸收特性的影响。结果表明，空气洁净度等级越高、元件工作面朝上、放置时间越久，光学元件的表面吸收能力越强。研究成果可为实际应用中光学系统的镜面污染控制提供理论参考。
吸收 光学元件 米氏理论 洁净度 absorption optical elements Mie theory cleanliness 红外与激光工程
2020, 49(4): 0414004
1 苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室与教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
对金属的复介电常数虚部进行了Kawabata-Kubo(K-K)修正,定量描述了表面等离激元产生的光学散射和吸收特性;利用米氏理论和电偶极子理论计算并分析了光入射到单个椭球状金属纳米微粒产生的消光特性;建立了椭球状纳米微粒周期阵列分布的光学偏振结构模型,利用COMSOL软件模拟计算了可见光到近红外波段的偏振光输出特性。以椭球的有效半径替代球半径,将K-K修正应用于金属椭球阵列结构的有限元模拟。修正后的金属纳米椭球阵列的透过率减小,消光光谱带宽增大,这与实验中单个金属颗粒的宽带强吸收特性趋势一致。
测量 金属纳米结构 Kawabata-Kubo修正 米氏理论 偏振特性
1 西北工业大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
2 西北工业大学航海学院, 陕西 西安 710072
针对海洋悬浮粒子引起水下激光传输信道的复杂性问题, 采用等效球形粒子米氏散射理论和蒙特卡罗数值模拟方法,研究海洋悬浮粒子对水下光通信链路的影响。分析了悬浮粒子特性及入射光波长与光学系数的关系, 研究了粒子尺寸和复折射率对接收归一化能量、接收光强、信道传输长度、信道时延的影响。理论分析和仿真结果表明：粒子的光学系数会随着粒子尺寸增大而增大, 使相同信道长度的接收归一化能量减小, 接收光强减弱, 信道时延增大；粒子复折射率虚部越小, 接收的归一化能量越强, 接收光强峰值越大, 但复折射率虚部相同而实部不同时, 接收光强峰值的大小取决于反照率, 反照率越大, 接收光强越大。
散射 米氏理论 散射粒子 光子统计
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200~1 000 μm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.
散射 颗粒特性 广义洛伦兹-米氏理论 彩虹图样 德拜级数展开 Scattering Particles characterization Rainbow pattern Generalized Lorenz-Mie theory Debye series
上海理工大学颗粒与两相流测量技术研究所, 上海 200093
对多波长消光法颗粒测量方法中非球形颗粒形状的影响进行研究。采用广义米散射理论数值模拟计算了不同长短轴椭球颗粒在不同入射角度下的消光截面和消光系数，并与等效球形颗粒的消光特性进行比较, 结合Lambert-Beer定律计算消光谱，采用正则化算法反演椭球颗粒粒径，进而分析椭球颗粒形状对粒径测量结果的影响。结果表明，与球形假设相比，椭球颗粒的形状改变使得粒径反演结果产生较大偏差。本算例中，对于亚微米颗粒，当形状参数a/b=5时，其相对偏差可能超过90%。
散射 消光法 非球形颗粒 广义米氏理论 消光谱 反演 激光与光电子学进展
2016, 53(9): 092901
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
对潜通信及对潜探测中蓝绿激光将穿透海水表面，大气/海水界面由于风速及其他外力作用而呈现复杂状况，将影响蓝绿激光在界面的传输特性。针对泡沫-海面复合模型，采用矢量辐射传输理论、米氏理论以及粗糙面散射理论对泡沫海面的散射特性进行了分析。采用基尔霍夫近似针对JONSWAP 海谱，讨论了泡沫海面在蓝绿激光波段的后向散射系数与入射角、风速、风区以及海水温度、含盐度等参量的关系。结果表明：随着海面上方风速、风区及介电常数的增大，泡沫层对海面的激光散射具有相当大的影响，尤其是在入射角度较大的状态下。
散射 矢量辐射传输 米氏理论 粗糙海面 蓝绿激光
1 兰州理工大学 计算机与通信学院, 兰州 730050
2 上海大学 通信与信息工程学院, 上海 200072
基于米氏理论, 分别研究了不同波长的激光信号在沙尘天气中发生单次散射和多次散射时光强与能见度间的变化关系.推导出发生单次散射时光强与能见度间的解析表达式, 同时采用蒙特卡洛方法分析了发生多次散射时光强与能见度间的关系, 并与单次散射时的结果进行对比.结果表明：在激光信号波长固定时, 接收光强会随着沙尘能见度的增大而增加, 并趋于稳定值;在能见度固定时, 接收光强会随着激光信号波长的增大而减小;随着传输距离的增加, 多次散射的影响会越来越明显.
大气激光通信 激光散射 米氏理论 激光光强 沙尘能见度 Atmospheric optical communication Laser scattering Mie theory Laser intensity Atmospheric visibility of sand and dust weather
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
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1~200 μm 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。
光谱学 紫外-可见光谱 悬浮颗粒物 米氏理论 光散射强度 激光与光电子学进展
2015, 52(1): 013001
1 烟台大学 光电信息科学技术学院，山东 烟台 264005
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
光学系统性能的优劣与光学镜表面的散射情况息息相关.根据米氏理论并利用MATLAB软件，对可见光(0.632 8 μm)、近红外光(1.053 μm)和热红外光(10.6 μm)三种激光在干净、基本洁净(洁净度200)、轻度污染(洁净度500)及重度污染(洁净度750)四种光学镜面洁净度下镜面的双向反射分布函数进行了模拟计算.结果表明：光学镜面的表面粗糙度和表面洁净度影响镜面的双向反射分布函数.进而对光学系统的性能会产生显著的影响，且波长越短，双向反射分布函数越大，散射越复杂.这为光学工程中光学镜面的污染评估和镜面清洁提供有益帮助.
散射 双向反射分布函数 米氏理论 洁净度 Scattering Bidirectional Reflectance Distribution Function (B Mie theory Cleanliness level
