大气光学

P427.1 2004032369 气悬体对远红外入射波的衰减研究=Study of the far IRincident wave attenuation by the aerosol[刊,中]/陈治平(解放军炮兵学院一系侦察通信室.安徽,合肥(230037)),许自富…∥光电技术应用.—2003,18(4).—1-3,25 研究了多种物质的远红外传输性能,通过计算单个粒子的有关参数,导出了一定条件下气悬体粒子随参量变化时的透射关系,计算了一定条件下某些气悬体材料的最低     

光电子技术与器件 红外技术与器件

TN211 2005021370 气悬体对远红外入射波衰减的研究=Study on the far IR wave attenuation by the aerosol[刊,中]／陈治平(解放军炮 兵学院一系侦察通信室．安徽,合肥(230037)),许自富… //光电技术应用．-2003,18(4)．-1-3,25 研究了多种物质的远红外传输性能,通过计算单个粒 子的有关参数,导出了一定条件下气悬体粒子随参量变化 时的透射关系,计算了一定条件下某些气悬体材料的最低 透射率,为气悬体的整体优化加工提供了理论依据。文章     

基片与不同方位多形态缺陷粒子的复合光散射特性分析

结合光学表面无损检测工艺实际情况,给出基片与镶嵌及掩埋的球体/回转椭球体缺陷粒子的散射特性分析。针对基片与缺陷粒子的半空间问题,结合时域有限差分方法使用广义完全匹配吸收层(GPML),结合三波技术引入激励源,给出了相应的连接边界条件,并将互易性定理应用到近远场外推中,使过程简化。数值计算给出了镶嵌及掩埋的球体/回转椭球体缺陷粒子的散射场的角分布。结果显示:镶嵌比掩埋的缺陷粒子受粒子尺寸的影响更明显。在大散射角下,缺陷粒子的位置因素带来的贡献较大。粒子分别掩埋或镶嵌于基片时,在-10°、30°、70°附近的球体粒子和回转椭球体粒子的微分散射截面(DSCS)差别较大。在基片无损检测工程中可以通过对特定角度散射场的测量定标诊断出缺陷的方位和形态。     

聚N—羟甲基丙烯酸胺—间苯二酚气凝胶与其对应液体凝胶的SAXS研究

本文报道ＳＡＸＳ对聚Ｎ－羟甲基丙烯酰胺－间苯二酚气凝胶与相应液体液胶的结构研究。结果表明有机气凝胶的胶粒子具有比较清晰的界面，散射结果与Ｐｏｒｏｄ模型能很好地相符，应用不角散射法所测的比表面积与ＢＥＴ法所测的结果相当一致，气凝胶和液体凝胶在结构上存在一定差别，这种差别反映了网络结构中高分子链段存在一定自由度。     

基于Mie散射的带电粒子散射特性的研究

基于Mie散射研究了带电粒子的散射特性,给出散射系数与表面电导率的关系,计算了不同面电导率粒子与非带电粒子的散射角,计算表明:对金属类粒子,带电后的散射影响不大;但带电介质类粒子如水球、冰球粒子,面电荷使面电导率达到一定量级时,对散射特性有明显的影响。与水球相比,冰球的散射系数振荡现象处于粒子尺度参数更大值,振幅更强,而当面电导率很大时,即携带更多电荷量时,两者散射效率近似相等,与同大小的金属球形粒子的散射效率接近。随着面电导率的增加,散射系数发生较大变化,但当电导率达到一定值时,散射系数趋于恒定。相对非带电粒子的散射,带电后粒子的散射系数减小,散射能量沿不同方向重新分布,后向散射强度增强,其他方向的散射强度减小。当冰球粒子与水球粒子面电导率大到一定程度时,其散射特性都接近等大金属粒子的散射特性。     

单层柱状结构薄膜体散射的理论研究

电子束蒸发的单层光学薄膜具有明显的柱状结构,薄膜内部折射率的变化较大,由此引起的体散射现象也较明显。基于一阶电磁微扰理论,建立了单层光学薄膜的体散射理论模型,分析了膜层厚度、入射光偏振态、柱状结构因子、非均质性对体散射的影响。研究了纯柱状结构下,电子束蒸发的单层二氧化铪(Hf O2)薄膜体散射的角分布散射值(ARS)随着膜层厚度的变化规律,结果表明纯柱状结构Hf O2薄膜体散射的ARS量级与表面散射完全非相关模型的ARS值相近,并且在特定的膜厚范围内,体散射的ARS值随着膜厚的增大而增大。对于非均质性薄膜,当非均质性一定时,体散射的ARS值随着膜厚的增大而增大;当膜层厚度一定时,体散射的ARS值随着非均质性绝对值的增大而减小。     

沙尘暴粒子的非球形模型及其对激光的多次散射特性研究

计算沙尘暴对电磁波的衰减特性,以及利用卫星反射率遥感反演沙尘暴的光学厚度时,通常假设沙尘粒子为球形,但实验室和现场测量结果都表明,自然界中的沙尘粒子为非球形,因此利用球形粒子模型模拟沙尘暴对激光的散射和衰减特性将带来较大误差。利用具有一定尺寸分布、形状分布、随机取向的椭球粒子模型模拟自然界中的沙尘粒子,利用T矩阵方法计算了其单次散射特性,并与球形粒子模型进行了比较,结果表明,混合椭球粒子的相函数随角度分布是平滑的、无特征的、且在侧散射方向上是平坦的,这和自然界中的沙尘粒子散射特性非常类似。最后利用累加法计算了沙尘暴对激光的多次散射特性,结果表明,利用任何一种单一形状的粒子模拟沙尘粒子的散射特性都会带来较大的误差。     

群体粒子散射光偏振特性的研究

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.     

随机取向非球形沙尘气溶胶粒子的光学特性

利用离散偶极子近似法分析了一种随机取向旋转椭球体沙尘气溶胶粒子模型在尺度参数变化范围为0.1~23时(波长0.55!m对应有效半径为0.01~2!m)的光学特性,研究了沙尘粒子非球形性程度对其光学特性的影响,并考察了非球形粒子的随机取向能否用等体积球体来代替。就随机取向单分散和多分散旋转椭球体沙尘气溶胶而言,粒子非球形特征越明显,消光效率因子、不对称因子和单次散射反照率基本上偏离其等体积球体越大;对于相同的非球形,不对称因子偏离其等体积球体的相对偏差要比消光效率因子和单次散射反照率要大。非球形粒子的随机取向并不能使其光学特性严格等效为其等体积球体的光学特性。如果粒子形状偏离球体较小,则非球形粒子的随机取向的平均效果能使其消光效率因子、不对称因子和单次散射反照率近似用等体积球体的对应光学参量来等效;而如果粒子形状偏离球形较大,仅有单次散射反照率可以近似用等体积球体的单次散射反照率来等效,例如,轴半径比为16的旋转椭球体沙尘粒子的单次散射反照率偏离其等体积球体仅在3%以内。     

不同形貌金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究

不同形状的金纳米粒子在表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)中有不同的增强效果,多面体金纳米粒子具有多角结构,显示出比金纳米板更为明显的增强效果,近年来对其合成和性质的研究备受关注。该研究探究了十二面体,二十面体,三角板,球形四种形状的金纳米粒子在SERS中不同的增强效果。分别采用硼氢化钠还原法和以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂制备金三角纳米片和二十面体金纳米粒子,又以二十面体金纳米粒子为种子制备出十二面体金纳米粒子,并分别以以上三种不同形貌的金纳米粒子及球形金溶胶为基底,4-巯基吡啶,对巯基苯甲酸为探针分子检测了其在不同激发波长下的增强效果。透射电子显微镜结果表明金三角纳米板的平均边长为130nm,二十面体和十二面体金纳米粒子的粒径分别为100和120nm。三者的紫外可见吸收峰分别在589,598和544nm处。表面增强拉曼散射结果表明金多面体比金三角纳米板表现出更好的增强效果。     

气溶胶凝聚粒子散射特性的数值计算

利用Cluster-cluster aggregation (CCA)模型,模拟了由相同数目球形原始微粒凝聚而成的四种随机取向气溶胶凝聚粒子．根据物质的电结构,将气溶胶凝聚粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了气溶胶凝聚粒子散射强度的角分布,并分析了散射强度随入射光入射角度和气溶胶凝聚粒子尺寸参数变化的规律．结果显示：当散射角较小时,气溶胶凝聚粒子取向和入射光的入射角度对散射强度影响不大,当散射角增大时,散射强度则明显依赖于气溶胶凝聚粒子取向和入射光的入射角度;对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子,在同一角度入射情况下,随尺寸参数的增加,气溶胶凝聚粒子的散射主要集中于前向散射．     

Rotational Raman lidar for obtaining aerosol scattering coefficients

Two-channel lidar signals that are composed of total rotational scattering and elastic signals provide good information about aerosol scattering coefficients. We can calculate the aerosol backscattering coefficient and extinction coefficient directly, without making any assumption or calibration. Generally, a high-spectral-resolution lidar is used for aerosol monitoring, but we have designed a new low-spectral-resolution lidar system that contains both kinds of scattering information simultaneously, and we have retrieved the aerosol scattering coefficient. The results show that there is no need to assume any relation between aerosol backscattering and extinction or to consider any wavelength calibration to determine the aerosol scattering coefficient.     

Radiative transfer calculations through an aerosol cloud

A radiative transfer calculation of the EM radiation through an aerosol cloud is presented. The effects taken into account are elastic and inelastic scattering of the incident radiation and self-emission by the aerosol cloud. The elastic scattering effects include multiple scattering of the incident photons. We describe the model and calculational procedure based on the multiple scattering approach. The results of the present model are compared with other models for the two given aerosol clouds.     

热红外对地遥感中的大气散射效应

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。     

Transmission of radiation through an aerosol medium

The properties of radiation through an aerosol medium have been achieved. This has been done by employing Mie scattering theory to calculate the radiation transfer scattering parameters in the form of extinction, absorption and scattering efficiencies. The equation of radiative transfer for the heat flux through a plane parallel atmosphere of aerosol has been solved. The aerosol size distributions are found in practical systems. Average efficiencies over size distribution for spherical particles of complex refractive index are calculated. Therefore, the radiative properties of stratospheric aerosols have been done. The obtained results found to be in a good agreement with the previous work.     

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。     

Ultraviolet Raman lidar for high-accuracy profiling of aerosol extinction coefficient

An ultraviolet （UV） Raman lidar system at 354.7 nm has been developed for accurately measuring the aerosol extinction profiles. A spectroscopic filter combining a high-spectral-resolution grating with two narrowband mirrors is used to separate the vibrational Raman scattering signal of N2 at a central wavelength of 386.7 nm and the elastic scattering signal at 354.7 nm. The aerosol extinction is derived from the Raman scattering of N2 and the elastic scattering by the use of Raman method and Klett method, respectively. The derived results of aerosol extinction are used to compare the difference of two retrieval methods, and the preliminary experiment shows that the Raman lidar system operated in analog detection mode has the capability of measuring aerosol profiles up to a height of 3 km with a laser energy of 250 mJ and an integration time of 8 min.     

非球形生物气溶胶对偏振光的多次散射特性研究

基于回转椭球模型和有限长圆柱模型,采用T矩阵方法研究了非球形生物气溶胶的单次散射特性,计算了鼠疫耶尔森氏杆菌、土拉热杆菌二种生物气溶胶对氦氖激光的单次相矩阵、单次散射反照率以及不对称因子。根据矢量辐射传输理论,研究了激光在生物气溶胶中传输的偏振散射特性,基于累加-倍加法(adding-doubling method)求解矢量辐射传输方程,并计算了非球形生物气溶胶对激光多次散射的斯托克斯参量。计算结果表明,生物气溶胶的尺寸和形状对光的极化更为敏感,因此在利用激光进行生物气溶胶微观特性探测和反演时,利用激光的偏振散射特性为非常有效的方法。     

利用T-matrix计算非球形粒子散射特性的研究

本文用T-matrix方法计算了非球形气溶胶粒子的光学特性,得到了气溶胶粒子的消光截面、散射截面、吸收截面与气溶胶粒子形状的关系,不同形状气溶胶粒子的有着相同的散射相函数和不同的偏振度,非球形气溶胶粒子的散射相函数对其复折射指数的实部和虚部都不太敏感,而偏振相函数对其实部和虚部都比较敏感.此结论为研究大气辐射传输提供了较好的方法,尤其是偏振度与偏振相函数的提出为用偏振的方法进一步的反演气溶胶的光学参数提供了理论基础.     

小型米散射激光雷达的研制及其探测

介绍了一台自行研制的用于大气气溶胶光学特性和水平能见度测量的小型米散射激光雷达系统,并进行了一系列观测实验和分析.系统选用532nm波长激光作为光源,采用Fernald反演算法对接收到的大气回波信号进行反演得到气溶胶消光系数.通过对西安城区上空的气溶胶光学特性进行连续观测,测得了西安城区不同时刻消光系数的高度分布廓线、以及24小时内大气边界层高度的时空变化特性,并对大气水平能见度进行了连续观测,其结果与当地气象部门提供的水平能见度数据的变化趋势基本一致.观测结果表明,利用该米散射激光雷达可以对大气气溶胶光学特性和水平能见度进行有效测量.