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激光器与激光光学
战俊彤  张肃  付强  段锦  李英超  
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摘要
球形粒子群的偏振散射特性已经通过研究获得,但是真实环境中粒子形状为非球形,非球型粒子的多次散射偏振特性规律尚未得到。基于T矩阵计算方法对非球型粒子散射模型进行了改进,获得了非球型粒子的散射振幅矩阵,对椭球形粒子,圆柱形粒子以及且切比雪夫粒子的偏振特性进行了模拟,分析了不同横纵轴比、形状、波长对粒子偏振特性的影响。研究结果表明:对于椭球形粒子而言,偏心率由2变为3后偏振度最大值从散射角130°变为90°,450、532、671 nm的偏振度分别增大了50%、25%、24%;圆柱粒子长短轴互换对于偏振度的改变影响不大。切比雪夫粒子表面的不规则度由3变为8后,偏振度增大了18%。研究结果为非球型粒子群的多次散射特性提供了理论基础,最终解决了真实环境与理想环境之间的偏振传输特性差异的问题。
红外与激光工程
2020, 49(11): 20200150
光束传输与控制
摘要
偏振光在浑浊介质中传输的偏振特性的研究对实现各类偏振光技术具有重要意义。建立一种非球形粒子介质模型,并采用T矩阵法和矢量蒙特卡罗模拟相结合的方法,计算分析含不同非球形粒子的介质中的偏振光经过多次散射形成的后向散射光的偏振特性。按照介质所含非球形粒子的尺寸分为瑞利散射粒子介质和米氏散射粒子介质。结果表明:瑞利散射粒子介质中,不同粒子形态对线偏振光和圆偏振光的后向散射光的偏振特性的影响不显著,线偏振光保偏能力优于圆偏振光,线偏振方向得到保持,而圆偏振光旋性发生改变;米氏散射粒子介质中,不同粒子形态对后向散射光的偏振特性有显著影响,光学厚度大时,各介质中的圆偏振光保偏能力优于线偏振光,厚度小时线偏振光的保偏能力优于圆偏振光。此外,粒子的形态对偏振光后向散射光偏振度空间分布及光强空间分布均有显著影响。
中国激光
2020, 47(1): 0105004
散射
摘要
针对金纳米旋转椭球在光热治疗和生物成像中的应用,利用T矩阵方法和介电函数尺寸修正模型,从理论上定量研究金纳米旋转椭球的共振光吸收与散射特性,对金纳米旋转椭球的尺寸参数进行优化,获得最优的短半轴与长半轴。对于光热治疗中的常用波长,在特定尺寸参数范围内优化的金纳米旋转椭球在波长1064 nm处具有最大的吸收特性;对于生物成像中的常用波长,在特定尺寸参数范围内优化的金纳米旋转椭球在波长1310 nm处具有最大的散射特性。与金纳米球壳的优化结果对比发现,金纳米旋转椭球在光热治疗和生物成像的应用中比金纳米球壳具有明显的优势。
光学学报
2020, 40(4): 0429001
散射
毛前军  王莉  
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摘要
为探究雾霾粒子吸湿性引起的散射吸湿增长特性,基于雾霾粒子湿度增长模型,利用Mie散射理论和多球T矩阵计算方法,详细研究了硫酸、硫酸铵、沙尘、硝酸铵以及碳质气溶胶5种典型雾霾粒子及其团簇在入射波长为532 nm、相对湿度在60%~95%范围内的散射吸湿增长特性。研究结果表明:对单一雾霾粒子,硫酸、硫酸铵以及硝酸铵这类二次水溶性无机粒子及其团簇的散射吸湿增长较突出,沙尘较为平缓,而碳质气溶胶则呈现抑制作用,同时,小粒径粒子的散射吸湿增长因子呈指数增长,而大粒径粒子则呈波动、负增长趋势;对于雾霾粒子的团簇,散射吸湿增长因子曲线整体增幅减小,粒子团簇的体积分数对散射吸湿的影响明显,随着体积分数的增加,散射吸湿增长因子曲线的波动频率增大,同时振幅减小,但整体呈现的吸湿增长还是由团簇粒子的粒径范围与成分决定,其中团簇粒径范围影响较大。这为探究雾霾粒子散射吸湿增长特性和研究大气污染提供了理论支持。
光学学报
2020, 40(24): 2429001
散射
摘要
针对复杂的火星大气环境,基于T-matrix理论,对三种非球形火星沙尘粒子的散射特性进行了研究,计算了服从对数正态分布的非球形火星沙尘粒子的散射特性,分别在有沙尘暴和无沙尘暴两种条件下,分析非球形火星沙尘粒子的传输衰减和透射率随粒子数浓度、波长以及高度的变化趋势,并与球形粒子进行对比.结果表明:非球形与球形粒子的消光效率因子和散射效率因子存在较大差异,两者之间的最大差值分别为1.786 8和1.761 9,而切比雪夫粒子的散射特性与球形粒子最接近;当入射波长为0.55 μm时,火星上沙尘粒子群整体的散射主要集中在前向40°以内,且非球形与球形粒子在前向60°以内散射强度基本相等,大于60°时非球形的散射强度比球形粒子高;非球形火星沙尘粒子的传输衰减和透射率(随波长、粒子数浓度和高度)的变化趋势与球形的基本一致,且其尺寸的比值越接近于1,传输衰减和透射率越接近于球形粒子的值.
光子学报
2019, 48(12): 1229001
其它光谱技术及应用
张闹  张波  刘子龙  刘亚欣  
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摘要
拉盖尔-高斯光束是典型的涡旋光束,光束的轨道角动量会传递给微粒使其产生轨道运动。本文利用T矩阵方法和麦克斯韦应力张量积分计算了强聚焦线偏振拉盖尔-高斯光束对球形粒子的捕获力,并着重分析了粒子半径和光束阶数对微粒在涡旋聚焦场中运动状态的影响。当光束阶数一定时,随着微粒半径的增大,轨道运动的轨迹会逐渐缩小。当粒子半径大于临界值时,就会被捕获到光轴上,且无法进行轨道运动。但是,离轴捕获的粒子受到的轴向捕获力比轴上捕获的要小一个量级,需要施加足够的入射光功率以维持稳定的轨道运动。
光散射学报
2019, 31(3): 276
大气光学
陈 旭  丁 蕾  王颖萍  郑海洋  方 黎  
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摘要
建立了气溶胶单粒子的偏振散射实验装置,采用T-matrix方法模拟球形粒子和长形粒子的光散射计算, 讨论了偏振强度因子(Pf)和穆勒矩阵元素(Z11、Z12)随粒径、形状的变化关系,结果表明,球形 粒子和杆状粒子的Pf和Z12随着粒径的增大存在明显差异。通过对单分散的气溶胶颗粒 物样品的实验测量,得到不同样品的Pf值和Z12。实验结果表明,以油酸粒子的Z12为基准, 差值ΔZ12=12可以作为球形的油酸粒子和长形的核黄素以及石棉纤维的区分阈值, ΔZ12 介于12~41主要为核黄素粒子, ΔZ12达到59时粒子可被认为是长形的石棉纤维粒子, 而立方形的NaCl气溶胶粒子的ΔZ12与油酸粒子非常接近,难以区分。初步实验表明,穆勒矩阵 元素Z12可以用于识别长形粒子,该研究为颗粒物形态的偏振测量提供依据。
大气与环境光学学报
2019, 14(5): 321
大气与海洋光学
徐 澍  白连红  范 萌  葛 强  
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摘要
基于扩散限制凝聚模型仿真生成了黑碳团簇粒子和具备核-壳结构(核为黑碳团簇,壳为包覆水层)的混合态粒子,并模拟了黑碳团簇粒子的老化过程,利用团簇T矩阵方法计算并研究了粒子形态结构和包覆水层对两种粒子在550 nm波长处的光学特性。分析表明,新生黑碳团簇粒子的光学特性参数与等体积球形黑碳粒子之间的差异最大,当分形维数Df为1.8时,散射截面和单次散射反照率的相对偏差分别达到61.58%和49.44%,随着黑碳团簇粒子的老化,差异逐渐减小。对于混合态粒子,忽略黑碳核的团簇结构会导致前向散射强度、散射截面、消光截面、单次散射反照率、不对称因子和F34/F11被低估,导致后向散射强度、吸收截面、-F12/F11、F33/F11、F44/F11被高估;包覆水层厚度的增加会加剧混合态粒子散射矩阵中元素随散射角的振荡程度,且忽略黑碳核或球形黑碳核假设所引起的光学特性参数相对偏差呈逐渐减小的趋势。该工作有助于进一步减小黑碳气溶胶辐射强迫估算误差。
光学学报
2017, 37(2): 201002
高冬阳  胡友勃  刘岩  夏茂鹏  [ ... ]庞伟伟  李健军  郑小兵  
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摘要
理论模拟了I类自发参量下转换产生的相关光子光谱圆环的空间辐射角度及光强分布,搭建了相关光子圆环光强分布的实验测量装置,该装置利用355 nm连续激光器泵浦BBO晶体产生I类自发参量下转换相关光子圆环,使用CMOS传感器作为相关光子圆环探测单元,通过2×2维点阵扫描方法探测了完整的相关光子圆环,测量的光谱分布为430~860 nm.实验结果表明:测量的相关光子圆环直径与理论值符合较好;I类自发参量下转换过程产生的相关光子在空间呈同心圆环分布;相关光子光谱具有宽光谱分布特点.
光子学报
2016, 45(3): 319001
1  2  
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摘要
基于T矩阵法,计算拉盖尔-高斯光束(LGpl光束)光镊捕获双层球的捕获力。结果表明:随着数值孔径增大,光镊轴向和横向捕获效率最大值和捕获域均增加,数值孔径太小或太大时,光镊轴向和横向捕获效率会减小;球核折射率大于包层折射率时,随包层折射率增加,光镊轴向和横向捕获效率不断增大,球核折射率小于包层折射率时,光镊轴向和横向捕获效率会随包层折射率增加而减小;随LGpl光束的角向节线数(l)增大光镊轴向捕获效率最大值先增加后减小,而随LGpl光束的径向节线数(p)增加轴向捕获效率最大值渐渐减小,曲线逐渐平行于横坐标轴。
中国激光
2015, 42(6): 608001
00 11