基于多重散射的卷云辐射传输特性

采用空间离散化,并利用散射矩阵方法计算了卷云在3．72tim和6．85tim波长上的辐射传输特性,研究了卷云的冰晶粒子形状、组分和光学厚度等因素对卷云的辐射传榆特性的影响。仿真结果表明,随着平均冰晶尺度的增加,卷云的反射函数会逐渐减小;对于不同形状,但具有相同最大粒子尺寸的粒子组成的卷云,反射函数也会有所不同;随着光学厚度的增加,卷云的反射函数会逐渐增大,直至饱和,而透射函数逐渐减小;随着太阳天顶角的增大,卷云的反射函数逐渐增大。透射函数逐渐减小。     

基于多次散射和小散射角近似的水下激光传播特性

以辐射传输方程为基础,借助小角度近似条件,利用多次散射递归的逐级逼近来描述水体散射过程,推导得出水下辐射照度以及衰减系数的计算关系.着重讨论了激光在海水中的衰减特性,结果表明随着光学厚度的增加,各次散射光先增大后减小,相对辐射照度基本呈指数衰减,衰减趋势随单次散射反照率或者不对称因子的增大有所减缓.与蒙特卡罗方法模拟的结果进行比较,小散射角条件下多次散射近似方法的计算准确度优于单次散射近似,可以作为分析水下激光传播特性的参考依据.     

沙尘天气下激光信号的传输特性

以小角度近似为条件,利用逐级递归的方法推导了激光信号在沙尘天气下的辐射传输方程,得到了多次散射下的光强分布函数,以及波长和不对称因子对光强的影响。同时,通过比较不同散射相位函数及沙尘粒子的散射特性,采用了修正的TTHG(Two Term Henyey-Greenstein)散射相位函数,更加全面地反映了沙粒散射后光强的变化规律。研究结果表明,随着光学厚度的增加,散射光强呈现出先增大后减小的趋势,且多次散射的比重相比于单次散射而言逐渐增大。当散射次数超过3次以上时,接收光强的变化可以忽略不计。相对于Mie理论下的结果而言,采用小角度近似理论,从辐射传输的角度分析沙粒的散射特性误差更小,实现了准确描述沙尘天气下激光信号传输特性的目的。     

飞尘气溶胶粒子散射特性分析:对比实验和米散射方法

采用Mie散射理论计算了可见光波段等效球飞尘气溶胶粒子的Stokes散射矩阵,并与实验得到的空间随机取向的非球形飞尘气溶胶粒子结果进行了对比分析;由理论与实验方法得到的散射相函数,采用离散坐标法计算了两者的双向反射函数(BRDF),并对此结果进行了分析研究。结果表明:实验测量的非球形飞尘气溶胶粒子群的散射矩阵和基于球形粒子假设的Mie散射理论计算结果在大多数散射角上都不相同,但是不对称因子却大致相同;球形-非球形粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致,但是球形粒子群的BRDF曲线分布具有更大的波动趋势;随着光学厚度的增加,球形-非球形粒子群的BRDF曲线分布均趋于平坦,计算结果趋于一致。因此在飞尘气溶胶粒子散射特性研究中,当光学厚度较小时,用球形假设的方法会造成一定的误差,BRDF相对误差最大可以达到60%,需考虑粒子非球形特性造成的影响;而当光学厚度较大时,BRDF相对误差一般不会超过10%,采用球形假设的方法具有一定的适用性。     

取向比对椭球气溶胶粒子散射特性的影响

利用T矩阵和离散坐标法研究了取向比对椭球粒子散射特性的影响, 计算了小尺度范围内椭球粒子的散射特征参量, 包括消光效率因子、不对称因子、单次散射反照率、散射相矩阵及双向反射函数(BRDF). 结果表明, 椭球粒子的散射特性与取向比密切相关, 粒子取向比会影响散射参量的振荡频率和振幅, 与球形粒子散射参量的相对差异也呈周期振荡趋势. 研究还发现, 某些特殊粒子尺寸的散射参量与粒子取向比基本无关. 在多次散射条件下, 分析不同取向比粒子群的BRDF随反射角和光学厚度的变化特性. 结果显示: 不同取向比粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致, 球形粒子群比非球形粒子群的BRDF曲线波动振幅更大; 球形-非球形粒子的BRDF相对差异随光学厚度和取向比的增大而减小, 随入射角的增大而增大.     

基质折射率对反常色散散射体散射特性的影响

基于Mie散射理论,给出了散射强度、散射截面及吸收截面的计算公式,并对不同基质中碳化硅材料在反常色散区中的散射特性进行了数值计算与理论分析。结果表明,在反常色散区中,随着基质折射率的增大,散射强度的峰位发生红移,峰值增大;散射截面和吸收截面的峰位发生红移,峰值减小,这为该材料在反常色散区中的光学理论、实验及应用方面提供了理论参考。     

基质折射率对反常色散散射体散射特性的影响

基于Mie散射理论,给出了散射强度、散射截面及吸收截面的计算公式,并对不同基质中碳化硅材料在反常色散区中的散射特性进行了数值计算与理论分析。结果表明,在反常色散区中,随着基质折射率的增大,散射强度的峰位发生红移,峰值增大;散射截面和吸收截面的峰位发生红移,峰值减小,这为该材料在反常色散区中的光学理论、实验及应用方面提供了理论参考。     

散射相函数对一维介质内辐射传递的影响规律

采用有限体积法研究了一维线性各向异性散射介质内散射相函数对辐射传递的影响规律.经与理论解、辐射元法、蒙特卡洛法计算结果比较表明,有限体积法的计算结果更可靠,且不同散射相函数的辐射换热系统中,其无因次热流之比与光学厚度之间存在某种单调变化的函数关系,利用该函数关系可以检验模型的准确度.     

基于Mie散射理论的C@H_2O复合粒子散射特性研究

大气中大量存在的复合粒子会对激光传输效率产生很大影响。由于空气中水蒸气含量较高,以C作为凝结核外层包裹以水的核壳结构微粒对光传输具有明显的散射效应。本文应用Mie散射理论对C@H_2O核壳结构微粒的散射特性进行了理论分析和数值计算,首先给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下散射强度分布变化曲线;其次给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下偏振变化情况;最后讨论了光学截面与粒子半径之间的关系。结果表明各参数对前向散射强度影响较大,入射波长越大散射强度越弱,C核半径增大粒子的前向散射增强,水膜厚度增大粒子的前向散射增强,而后向散射无明显影响;入射波长较大时,粒子在多个角度出现线偏振光,入射波长增大、碳核半径变大、水膜厚度增大,偏振度峰值都会增多;随着入射波长的增大,散射截面最大峰值位置向着半径增大的方向移动,并伴随一定的振荡现象,散射和消光截面在碳核半径为0.1μm左右达到最大值。     

电子束蒸发氧化锆薄膜的粗糙度和光散射特性

利用电子束蒸发工艺，以Ag层为衬底，沉积了中心波长为632.8nm的氧化锆(ZrO₂)薄膜，膜层厚度在80—480nm范围内变化.研究了不同厚度样品的粗糙度变化规律和表面散射特性.结果发现，随着膜层厚度的逐渐增加，其表面均方根(RMS)粗糙度和总积分散射(TIS)均呈现出先减小后增大的趋势.利用非相关表面粗糙度的散射模型对样品的TIS特性进行了理论计算，所得结果与测量结果相一致. 关键词： 氧化锆 表面粗糙度 标量散射 电子束蒸发     

雾滴粒子群的偏振特性研究

根据Mie散射理论,基于一次实测资料拟合得出雾滴谱分布,计算了雾滴粒子群的散射相函数矩阵,揭示了不同波长的雾滴粒子群对入射激光的散射偏振特征。结果表明:激光散射强度随散射角的增加呈现先减小后增大的趋势,且波长越小散射光强分布越集中;波长越大,偏振度随散射角分布越平滑,反之分布震动则越剧烈;各波段偏振度随散射角增大的分布趋势大致相同,关键散射角随波长的减小向增大的方向偏移。     

雾滴粒子群的偏振特性研究

根据Mie散射理论,基于一次实测资料拟合得出雾滴谱分布,计算了雾滴粒子群的散射相函数矩阵,揭示了不同波长的雾滴粒子群对入射激光的散射偏振特征。结果表明：激光散射强度随散射角的增加呈现先减小后增大的趋势,且波长越小散射光强分布越集中;波长越大,偏振度随散射角分布越平滑,反之分布震动则越剧烈;各波段偏振度随散射角增大的分布趋势大致相同,关键散射角随波长的减小向增大的方向偏移。     

水雾包裹沙尘颗粒核壳结构的散射特性研究

基于离散偶极子近似法(DDA),对水雾包裹沙尘颗粒的核壳结构光学特性进行研究,计算了长短轴比例为2∶1的椭球形粒子的核壳结构内、外层厚度及散射角度变化对光散射特性的影响。结果表明,内核大小不变,外层厚度由1.2 μm增大到4.8 μm,核壳双层颗粒散射系数和消光系数由3.4和3.43降低到2.543和2.545,且散射相对强度也明显增大。外层厚度不变,内核厚度由0.6 μm增加到2.4 μm,散射系数和消光系数由3.105和3.111变化为2.76和2.9;可见外层厚度对核壳双层颗粒散射特性的影响更大,这是由于散射光主要与外层物质相互作用引起的。散射相对强度随波长的增加而降低,随核壳结构尺度的增加呈现递增的规律。该结果对大气中气溶胶和水雾共同作用时的散射特性,激光在其中的传输特性等研究有参考价值。     

多次散射辐射传输计算中的相函数处理

在实际大气中,分子和粒子不仅遭受单次散射,还遭受多次散射。本文首先计算了多次散射在总散射量中的贡献。结果表明当光学厚度大于0.1时,多次散射在总散射量中的贡献将超过10%,因此必须考虑多次散射的作用。在多次散射辐射传输计算时,一般需把散射相函数展开为勒让德(Legendre)函数的多项式。有些介质如云或气溶胶粒子,散射相函数前向非常尖锐。展开的Legendre多项式需数百项甚至上千项才能收敛,而计算时间与展开项数的3次方成正比。本文介绍了在辐射传输计算时对尖锐相函数的δ-M和δ-fit处理方法,比较了两种方法的计算结果。当计算用的流数相同时,δ-fit方法的计算结果比δ-M方法的计算结果要精确得多;当计算结果精确度相同时,δ-fit方法的流数比δ-M方法的流数少得多,运算速度也快很多。δ-fit方法是目前处理散射相函数的理想方法,可以大大提高计算的精度以及缩减运算时间。     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小,Si/SiO2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（ LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si／SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815～2.580nm的Si层厚度范围内, Si／SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si／SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小, Si／SiO2界面吸收系数产生了蓝移; O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si／SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si／SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

电子-杂质和电子-声子相互作用对石墨烯磁光导的影响

在外加垂直磁场的石墨烯系统中,基于格林函数方法以自能的形式理论研究了电荷杂质散射和光学声子散射中心对朗道能谱的影响,采用久保(Kubo)公式研究了单层石墨烯的磁光电导谱以及跃迁选择定则。具体计算中电子-杂质库仑相互作用考虑了介电环境的屏蔽效应,对由散射引起的自能以及单粒子格林函数做自洽计算,另外在强磁场下单杂质散射是一个很好的近似模型。理论计算结果表明电荷杂质散射引起朗道能级对称展宽;同时考虑电荷杂质和光学声子两类散射后态密度表现为非对称的展宽。研究结果表明磁光电导谱的峰值和强度强烈依赖于填充因子和态密度。     

金纳米球壳对的局域表面等离激元共振特性分析

应用有限元方法, 研究金纳米球壳对的几何结构参数及物理参量对其表面等离激元共振的散射及消光光谱的影响, 并根据等离激元杂化理论进行了理论分析. 结果表明, 随着金壳厚度的增加, 金纳米球壳对的散射及消光共振峰先发生蓝移而后红移, 而随着金纳米球壳间隙的减小, 或者随着金纳米球壳的内核尺寸或内核介质折射率的增大, 散射及消光共振峰均发生红移; 随着金壳厚度或内核尺寸减小, 或者随着内核介质折射率增大, 金纳米球壳对的散射与消光共振强度减弱, 而随着金壳间隙的减小, 金纳米球壳对的散射共振强度先增强后减弱, 而消光共振强度逐渐增强, 数值模拟与理论分析一致.     

激光气象雷达多次后向散射信号特性分析

利用小角近似方法，分别给出了单次和多次后向散射激光雷达方程.通过引入的多次散射评价参量，分析了接收视场角和光学厚度等因素对多次后向散射信号的影响.理论研究表明:多次后向散射主要与接收视场角和光学厚度密切相关，当接收视场角比发射视场角大10倍，光学厚度超过3时, 多次后向散射信号逐渐增大并占主要优势，当接收视场角比发射视场角大100倍时，光学厚度超过1时，多次后向散射信号开始明显增强.     

基于热光学分析的光学窗口玻璃厚度的优化

以热光学分析为基础,对复杂环境下光学窗口的玻璃厚度进行了优化设计。对光学窗口的强度及其所处的热环境进行了分析和仿真,计算出稳态的温度场,将温度场映射到结构模型中计算了光学窗口在力-热耦合情况下的光学玻璃的变形量,结合光学窗口的折射率梯度分析和玻璃面形变化进行热光学分析,计算出了直径是350mm的光学窗口在不同的玻璃厚度下光程的均方根(RMS)误差值,确定光学窗口的玻璃厚度为18mm。结果表明,光学窗口既能满足强度和可靠性要求,又能在有效通光口径内满足光学指标,为窗口的设计提供了依据。