基于Mie散射理论的颗粒粒度分布转换

使用动态光散射法可以获得颗粒的光强加权平均粒径,以及光强加权颗粒粒度分布。为获得数量或体积加权颗粒粒度分布,提出从光强分布到数量分布转换的直接比值法。该方法首先依据Mie散射理论求解不同粒径颗粒的散射光强,然后将光强分布与对应颗粒的散射光强进行比对,获得颗粒的数量分布,进而得到颗粒的体积分布。使用动态光散射法测量得到聚苯乙烯乳胶球混合样品的光强分布,利用直接比值法将光强分布转换为数量分布和体积分布,并与扫描电子显微镜测量的数量分布进行了对比,实验数据表明采用直接比值法能够获得准确的数量分布。     

共振散射对微球颗粒光子喷射流的影响

研究了光子喷射流特征参数与颗粒物性参数之间的关系,包括不同偏振模式共振和非共振散射条件下光子喷射流的物理机理。通过理论计算,数值分析了非共振情况下光子喷射流特征参数与折射率和颗粒粒径的关系;研究了共振散射对光子喷射流特征的影响,分析了共振散射分波在其中的作用;比较了线偏振和圆偏振入射光照射下光子喷射流的差异。研究表明:共振散射对光子喷射流的影响主要体现在焦点宽度减小、焦点向颗粒表面内移、光子喷射流长度缩短、焦点处强度增大以及场分布更加复杂;TE和TM共振下电场径向和横向分量的相对强度存在差异;入射光偏振态仅影响电场的横向分布。通过控制入射光和颗粒参数,调制光子喷射流的特征参数及场分布特征,可为光子喷射流在不同场合的应用提供理论依据。     

聚合物中多重光散射传导的Monte Carlo数值模拟

基于米氏散射(Mie scattering)理论,建立填充分散粒子群的聚合物对光散射传导的Monte Carlo数学模型.在此基础上,编写了一套仿真模拟程序.通过模拟单个光子在聚合物中的多重散射运动过程,把问题扩展到以激光束或线状光为入射源,得到在聚合物板块内的光传导情况,并且在计算机上图像化地重现整个物理过程,对输出光强的分布情况进行模拟统计分析.模拟结果表明,利用体散射机制,可以将点光源和线光源转换为平面光输出,输出光的状态可以通过对比计算结果实施有效控制.     

激光照射金颗粒在散射效应下的相变传热

采用二维双温度模型结合散射作用所引起颗粒表面光强不均匀分布的结果,对单脉冲激光垂直照射金颗粒的相变传热进行研究,通过将界面能量平衡方程,成核动力学的界面追踪法相耦合来确定固液界面的位置并研究激光参数对烧结过程的影响.结果表明：当激光垂直照射金颗粒时,熔化现象主要发生在颗粒的两极且底部熔化开始时间早,熔化体积也比较小.激光的脉宽越短熔化开始时间越早,熔化体积越大.提高激光的能量密度,颗粒的熔化体积也随之增加.     

浑浊介质中激光侧向散射实验与仿真研究

通过对Mie散射相位函数的累积概率密度插值获得散射角,建立了激光在浑浊介质中传输的蒙特卡罗仿真模型。借助模型研究了激光在均匀单分散聚苯乙烯浑浊介质中的多次散射现象,探究了不同光学厚度和散射相位函数的浑浊介质对激光多次散射的影响。在研究中控制5μm和10μm两种粒径聚苯乙烯颗粒的浓度,改变浑浊介质的光学厚度分别为2、5和8,进行了理论仿真和实验的二维侧向散射图像比对,发现相同介质条件下仿真与实验得到的散射光强衰减百分比差异均小于16%,散射光强曲线走势基本一致。仿真还能够提供不同散射阶次光强大小的分布情况,能准确分析多次散射的影响。     

基于椭圆超腔的高亮度激光同步辐射分析

提出了一种椭圆超腔,计算了椭圆超腔焦点处的光强,讨论了基于椭圆超腔技术的激光同步辐射的光子产额和辐射功率.结果发现:当椭圆超腔镜壁的反射率为99·99%时,椭圆超腔焦点处的光强可以达到入射光强I0的5000倍;利用3·5GeV电子束与在椭圆超腔焦点处的激光束垂直散射可以获得能量10·975MeV的高亮度γ射线,其光子产额和辐射功率将比电子束与单束激光垂直散射时产生的光子产额和辐射功率高2·5×107倍.     

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。     

沙尘天气下大气能见度对激光光强的影响

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.     

激光熔覆中球形粒子对激光散射强度的研究

为了研究同轴激光熔覆过程中球形粉末粒子和激光的相互作用,为激光熔覆中激光器和粒子的选择提供一定的理论依据,在进行了一定假设的前提下,应用米氏(Mie)散射理论建立了激光被球形粉末粒子散射的物理模型,应用Mathematica数学软件绘制出了在不同粒子半径和不同激光波长情况下,激光被球形粉末粒子散射后的强度分布图,并对模拟结果进行了分析.研究结果显示:金属粉末粒子的半径和激光的波长是影响激光散射强度分布的重要因素.结果表明:当光学常数q≤30的时候,散射光强在偏离传播方向20.以外还有一个次极大值,且次极大值占总散射光强比例较大,不利于熔池的形成;当光学常数q≥30的时候,散射后的光强主要集中在偏离传播方向5.～6.的小范围内,且在此范围内的散射强度很高,有利于提高激光熔覆效率.     

Comptonɢ��Ե��������м���˥�����Ե�Ӱ��

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对等离子体中激光衰减特性的影响.提出了Compton散射是影响激光衰减的一个重要机制,给出了激光能量和功率衰减值的表达式,并进行了数值模拟.结果表明,Compton散射对等离子体中传输的激光能量和功率衰减值有较大影响,理论计算和数值模拟符合得很好.这也为判断等离子体中发生Compton散射提供了依据.     

基于MATLAB与LabVIEW的 Mie散射参数分析系统

针对激光散射法测量0.1 m~10 m微小球形颗粒过程中,Mie散射理论各参数的分析、计算、最优化选取比较复杂和繁琐,通过收敛速度、折射率和尺度参数测量范围、叠加次数的比较,采用球形粒子Mie散射参量的MATLAB改进算法, 结合MATLAB较强的计算能力和LabVIEW良好的图形化界面,进行LabVIEW和MATLAB混合编程。设计了Mie散射理论参数分析系统,系统实现散射系数的计算,并分别对散射系数与颗粒直径关系曲线、散射强度分布曲线、入射光波长与散射光强关系曲线、颗粒直径与散射光强关系曲线、入射光偏振角与散射光强关系曲线进行分析。通过实验结果和结论对比验证系统可行,且散射系数、消光系数和散射光强的计算结果可精确到小数点后17位,从而达到减少大量计算和编程工作的目的。     

微小颗粒的光散射数值模拟

简单介绍了以经典Mie理论为基础的光散射测量技术在颗粒直径和颗粒浓度测量中广泛的应用。分别以Mie理论和离散偶极子近似理论(DDA)为基础, 用数值计算方法分析了球型颗粒的光散射特性，给出了微小颗粒对平行入射光散射的强度函数和散射偏振度的数值计算方法。得到了强度函数和偏振度随相关物理参量变化的三维图，为微小颗粒散射研究提供了一种三维视图。计算结果表明：当尺度参量x＜4时，2种方法所得结果差异不大；随尺度参量增大，2种方法所得结果出现较大差异。与经典Mie理论相比，由于离散偶极子近似理论可以解决各种形状的颗粒散射问题，其应用前景更广泛。     

气溶胶激光散射信号的特征分析

本文应用Mie散射理论对微球体粒子光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得出了散射光分布与微球体尺度参数、复折射率之间的关系。结果表明:不同尺度参数的粒子的散射光强的分布相差极大,随着尺度参数的增加散射光强越来越集中于前向;复折射率的变化对散射光强影响不大。并且在边界层大陆乡村型霾的气溶胶模型下对大气气溶胶的体角散射系数进行了分析与数值计算,得出:气溶胶粒子的散射光强主要分布在前向,并且随着散射角的增加有规律的减小。由此提出了利用气溶胶粒子体散射系数的性质,通过测量散射点前向散射光强和延迟时间来实现激光束的近轴定位的方法。     

用全固态激光器和一维CCD测定微粒粒径

建立了一套利用线阵CCD探测散射光强从而测定粒径的实验装置.该装置采用线阵CCD取代传统的同心环探测器，并采用一台小尺寸全固态绿光激光器取代传统的He-Ne激光器.理论上采用全Mie氏散射理论，自行编写了实验数据的计算机拟合程序，可以由实验测得的散射光强角分布反演求出粒径分布信息.对粒径分别为4.91 μm和9.88 μm的聚苯乙烯小球均取得了良好的粒径测量结果.该装置被证实可用于测定的粒径范围为0.7 μm～44.0 μm.     

Doppler spectrum-based polar nephelometer

The particle scattering asymmetry parameter of an ensemble of submicrometer particles, as well as the complete scattering phase function (angular distribution), is determined by measuring the Doppler spectrum of the scattered light. No calibration is required. The monitor incorporates a 532?nm laser with long coherence length, an integrating sphere to collect the scattered light, and a heterodyne (interferometric) detection scheme. Measurements of monodisperse polystyrene latex spheres and polydisperse ammonium sulfate particles indicate that the measured value of the asymmetry parameter is generally within ±0.03 of that calculated using Mie theory.     

A bubble detection technique based on light intensity and Mie scattering theory for spinning solution

A novel bubble detection technique based on light intensity and Mie scattering theory for spinning solution is presented theoretically and experimentally. With the light intensity in every direction, the particle or bubble size distribution can be calculated with the Mie scattering theory. The light intensity distribution in every direction, corresponding to the light intensity received by every assumed annulus of the detector has been calculated theoretically. According to the light intensity distribution, the size distribution of bubbles can be deduced. A series of standardized polystyrene micro-sphere (with 7 μm diameter) solution has been used not only as sample for experiments and calibration, but also as the bubbles in the glycerin. Theoretical and experimental results show that the technique can be used for bubble detection, in order to improve the traditional bubble detection scheme, and to lower production costs.     

激光尘埃粒子计数器微型光学传感器的研究

研制成功便携式激光尘埃粒子计数器的核心部件———微型光学传感器。该传感器采用直角散射光收集形式,以高功率半导体激光器作为光源,同时采用高性能的PIN型光电二极管作为光电探测器。散射光收集系统为单一大数值孔径的球面反射镜,其对粒子散射光的收集角范围从20°到160°。粒子散射光信号是脉冲信号,其频谱成份主要在高频段,所以在PIN型光电二极管后用一个带通式前置放大器来消除外界的低频噪声,根据米氏散射理论计算了该光学传感器的光散射响应特性,并用聚苯乙烯标准粒子实测了该光学传感器的性能。结果表明,该系统具有高的信噪比、计数效率和尺寸分辨本领。     

大气颗粒物多参数激光自混合传感的数值模拟与特性分析

基于颗粒物米氏散射特性、激光自混合三镜腔理论和激光器稳态条件,推导出在大气颗粒物光反馈下激光器频率、功率、线宽的理论表达式,建立了大气颗粒物光反馈下的激光自混合理论模型。同时,数值模拟和分析了大气颗粒物物理参数对激光自混合干涉信号的影响。结果表明,在一定粒径范围内,激光自混合反馈强度随大气颗粒物粒径增大先增大后减小,且反馈强度峰值出现的位置随颗粒物折射率实部的增大、虚部的减小向粒径较大处移动;自混合系统的外腔长度影响自混合干涉信号的波动深度,激光器输出光信号的幅值随外腔长度增大呈指数衰减;自混合干涉信号波动频率与大气颗粒物运动速度呈线性关系。分析结果对基于激光自混合效应的大气颗粒物多物理参数传感具有重要作用。     

测量气溶胶单粒子折射率方法研究

设计了一种粒子计数器,它可以测量粒子的动力学粒径和两个散射角下的散射光强度,而粒子的散射强度可以根据Mie散射理论从光学等效粒径和粒子折射率出发计算出来。当可以近似认为动力学粒径与光学等效粒径相同时,利用上述测量结果可以反演计算单个粒子的折射率。