1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230001
2 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
3 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
粒子光散射在众多科学领域有着极其重要的作用, 早期关于粒子光散射的计算大多基于球形粒子假设。但粒子的形状通常并不是完美的球形, 有些粒子还会聚集在一起, 使得外形结构变得更加复杂。Lorentz-Mie 散射理论通常用来计算球形粒子散射, 对于非球形和复杂结构粒子的散射相函数计算则会带来较大偏差。此外, 球形粒子假设对于退偏振效应也无法进行有效的分析。随着计算机算力的提升和算法的改进, 非球形粒子的散射问题除了有限的观测实验研究外, 大多采用数值计算的方法。综述了非球形粒子散射的数值计算方法, 分析了各自的优缺点, 并介绍了非球形粒子光散射实验室测量方法, 以及其在光学、地球物理学、遥感科学、天体物理学、工程学、医学和生物学等领域中的应用。
物理光学 非球形粒子散射 T 矩阵法 离散偶极子近似法 分离变量法 physical optics non-spherical particle scattering T matrix discrete dipole approximation method separation of variables method
哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150006
对含固体粒子的气固两相尾焰红外辐射特性进行了仿真建模,并采用光线跟踪方法计算了尾焰辐射强度和辐射抑制率。设计了飞行状态尾焰流场的仿真环境和空基红外相机成像的仿真场景,通过固体粒子辐射抑制机理确定了粒子直径、粒子流量和粒子复折射率是影响辐射抑制率的主要因素。仿真计算结果表明:减小粒子直径、增大粒子流量能增强固体粒子的辐射抑制能力;增大粒子的吸收截面能增强固体粒子在气体吸收谱段的辐射抑制能力,同时降低其在非气体吸收谱段的辐射抑制能力;在某些情况下,固体粒子会增加尾焰辐射强度并改变光谱辐射特性。
散射 粒子散射 气溶胶隐身 飞机尾焰 红外隐身 固体粒子 光学学报
2020, 40(21): 2129001
1 国防科技大学气象海洋学院, 江苏 南京 211101
2 中国人民解放军66199部队, 北京 100089
3 中国人民解放军31110部队, 江苏 南京211101
基于分层散射介质传输模型的概念,建立了综合考虑非线性光学效应、湍流扰动及粒子散射的飞秒激光云雾传输模型。利用该模型数值模拟了大气湍流和粒子散射等大气扰动类型对飞秒激光传输成丝动态演化过程的影响。结果表明,大气湍流能使脉冲形状产生不规则变化,对自聚焦成丝过程中的脉冲能量流动有重要影响;粒子散射可以使脉冲能量明显衰减,从而影响光丝的形成过程;飞秒激光在云雾环境中传输时,粒子数浓度越高,粒子半径越大,则形成光丝的长度越短,成丝过程中能量衰减越快,脉冲能量的总衰减量越多。研究结果可为真实大气条件下飞秒激光实际应用效能评估提供一定的理论依据。
非线性光学 飞秒激光脉冲 激光成丝 大气湍流 粒子散射 光学学报
2020, 40(15): 1519001
国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
通过时域有限差分法,研究了单粒子散射对拉盖尔-高斯(LG)光束轨道角动量态传输的影响,分别研究了散射粒径、粒子位置、椭球粒子半径比、倾斜角度及LG光束初始轨道角动量模式对轨道角动量态衰减的影响。研究结果表明:散射粒子半径越大,轨道角动量态的衰减越严重;散射粒子与光束相对位置的变化,也会引起能量占比的规律变化;初始轨道角动量模式、椭球粒子半径比和倾斜角度对轨道角动量态的衰减均有不同程度的影响。
散射 粒子散射 轨道角动量 时域有限差分法 拉盖尔-高斯光束
北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100083
从辐射传输方程出发,严格地分析了以往工作中被忽略的大气层中悬浮微粒散射对热红外辐射能量传输的影响,特别研究了对能量平衡的贡献和对传感器信噪比的影响,对以遥感器高度和能见度作为参量的仿真计算结果说明,与传统的不考虑大气中悬浮微粒的散射情况相比差1～2个数量级。这说明,悬浮微粒的散射不仅对红外辐射有消光作用,而且是研究热红外遥感系统中新的辐射通量出现的重要因素。
热红外遥感 悬浮粒子散射效应 辐射传输理论 对地遥感
提出了用激光进行散射光分析来探知未知群粒子场粒子性质的新的方法.实验中用直径0.22 μm和0.494 μm的粒子分别与过滤的蒸馏水制成不同浓度的悬浮液作为散射粒子场,并采用了波长为0.632 8 μm的激光.通过理论分析,并进行实验研究发现,在微米级群体粒子散射场中,粒子侧向散射光的退偏振情况与粒子的直径密切相关,直径大的粒子其水平方向线偏振度远小于直径小的粒子,而其垂直方向的线偏振度却远大于直径小的粒子.此结论可用作探测未知群粒子场粒子性质特别是用于粒子大小区别判断.
群粒子散射 偏振度 激光
电子科技大学光电信息学院,激光雷达实验室,四川,成都,610054
如何提高制导精度是研制制导系统所要关心的问题,在有雾的天气情况下,群体雾粒子的散射是影响制导精度的重要因素之一.在Mie理论的基础上,从单个球形粒子的散射效率因子出发,得到了1～6 μm群体粒子的散射系数.根据布格尔定律导出了群体粒子对激光束的散射光强表达式,然后在接收器视场角范围内,模拟了散射光强的分布情况.结果表明,沿着激光束的传播方向,散射光强存在比较大的起伏,并且越靠近接收器的视场中轴线,散射光强有减少的趋势.
大气光学 粒子散射 散射模型 散射角谱 Atmosphere opticsk Scattering of particlesk Model for scatteringk Angular spectrum of scattering intensity
吉首大学,物理与电子工程系,湖南,吉首,416000
在Mie散射理论的基础上分析了群体粒子散射的偏振特性,并用两种不同直径(0.26 μm,0.55 μm)的球形粒子作为散射介质进行了相关实验,比较了群体粒子散射光垂直与水平偏振光的偏振度.实验发现:散射光的偏振度随粒子直径的变化呈现出一定的规律性,直径大的粒子散射光在水平方向的偏振度小于直径小的粒子;而垂直方向的偏振度却完全相反,直径大的粒子大于直径小的粒子.
Mie散射理论 群体粒子散射 激光 偏振度 Mie scattering theory particle group scattering laser polarity
中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥,230026
结合细水雾的特点和粒子的光散射理论,通过模拟计算和实验研究,对APV(Adaptive Phase/Doppler Velocimeter)光路系统设计了合适的参数,并进行了合理布局.对细水雾雾场中粒子的特性参数进行了实验测量研究,对细水雾雾场的速度分布、滴径分布以及雾通量的测量等都得到了合理的实验结果.
粒子散射理论 细水雾测量 光学系统布局 模拟实验
本文利用蒙特卡罗方法计算准直光束通过薄层随机分布粒子散射的透射和反射光强,并和输运理论的扩散近似结果做了比较。当散射接近各向同性时两者符合良好。当散射明显地成为各向异性时,蒙特卡罗方法的结果是合理的,而输运理论的扩散近似失效。
光散射 随机粒子散射 蒙特卡罗法
