含有密集随机分布内核的椭球粒子光散射特性研究

给出了一种结合射线追踪和蒙特卡罗方法计算含核粒子光散射的方法,内核粒子可以为稀疏分布也可为浓密分布.粒子外边界的反射和折射由射线追踪方法计算,而粒子内部的多次散射过程由蒙特卡罗方法模拟;当内核粒子为浓密随机分布时,其单次散射特性由基于静态结构因子（static structure factor）的浓密介质光散射理论计算.最后讨论了含核椭球粒子模型的单次散射特性. 关键词： 射线追踪技术 蒙特卡洛方法 光散射 椭球粒子     

利用HITRAN资料研究黑碳和沙尘气溶胶粒子的光学特性

在IDL程序语言中实现Mie理论的数值算法,利用HITRAN资料提供的气溶胶粒子复折射指数,计算分析了沙尘、黑炭2种气溶胶粒子在不同半径（1μm,2.5μm和10μm）时,对波长为400nm和860nm光的散射效率以及散射相函数矩阵元素。结果表明：黑炭与沙尘有明显的光学性质差别,沙尘粒子不仅散射效率大于黑碳,而且后向散射比黑碳粒子强。 2种粒子对400 nm和860 nm太阳光的偏振也不同,可以利用此特性鉴别这2种气溶胶。     

色散吸收非对称介质光腔系统中光场量子起伏的功率谱

借助系统格林函数和色散吸收介质中电磁场量子化过程,通过数值计算研究非对称色散吸收介质光腔系统中光场量子起伏的功率谱.结果表明,介质的折射和吸收性质分别对真空场起伏功率谱的振荡频率、振幅产生影响,腔两侧介质折射系数的对称性能更有效地抑制腔外空间场起伏功率谱的振荡;介质折射系数愈大,则其中光场起伏功率谱振荡中心愈低、振荡频率愈大,与此同时,光腔内真空场起伏功率谱振荡幅度加大.     

光在吸收介质中传播的折射定律

光波在均匀非吸收介质中传播时振幅不衰减,在两种非吸收介质界面处产生折射现象,由几何光学中实数形式的光折射定律定量描述.而光波在均匀吸收介质中传播时,其振幅沿传播方向衰减,且其等振幅面与等相位面会发生分离.考虑吸收对光波传播特性的影响,本文回顾了复折射率的概念和复数形式的折射定律,据此对光波由吸收介质入射到吸收介质和光波由非吸收介质入射到吸收介质的两种情况进行了讨论,阐明了复数折射定律在具体问题讨论中的必要性和便利性,同时分析了实数形式和复数形式折射定律的关系.     

赝局域有效介质理论

有效介质理论在利用人工微结构材料拓展光学参数方面具有重要意义.本文对电介质光子晶体等具有非局域性质的人工微结构材料发展了一种新的赝局域有效介质理论,通过局域的有效介电常数■(ω)、局域的有效磁导率■(ω)、以及额外的波矢ka来描述其光学性质.研究发现,该赝局域有效介质兼具局域和非局域介质的性质,在与ka垂直的晶面上表现出局域介质的光学性质,而在与ka平行的晶面则表现出非局域介质的光学性质,如负折射、全反射等.进一步研究表明,对于所有入射角的光波在穿过拥有奇数层结构单元的赝局域有效介质时,都会出现额外的π相位差,基于此设计了一种全角度相位光栅.相对于传统的光学材料,赝局域介质具有更加丰富有趣的光学性质,有望在未来应用到更多的新型光学器件设计之中.     

利用光的全反射原理分析蜃景现象

光在均匀介质中是沿直线传播的,如果光介质的密度发生改变时,光路将随着发生改变．光线从光密介质射向光疏介质时,随着入射角的不断增大,折射角也不断地增大,并且折射光线的强度在减弱,反射光线的强度在增强如果介质的折射率为n．     

浅析海市蜃楼的成因

 海市蜃楼是一种自然现象,但在被充分认识以前,往往被人们神秘化、甚至迷信化。其实海市蜃楼就是阳光在大气中折射而产生的一种光学现象。当一束光线从一种透明介质到达另一种透明介质时其线路会发生改变,这就是光的折射。如图1所示:ML为透明介质A、B的分界面,N为法线,θ1为入射角,θ2为折射角。设光在A中的速度为v1,在B中的速度为v2,由折射定律可得:sinθ1sinθ2=v1v2.我们通常把光速较快的介质叫光疏介质,把光速较慢的介质叫光密介质。由上面的式子可知:光线从光疏介质进入光密介质时,入射角大于折射角,光线折向法线。     

吸收性海水中气泡光散射特性的理论研究

 给出了一种适合于吸收性介质内粒子散射的Mie级数新的表示形式。利用Mie理论研究了吸收性海水中气泡的单散射特性和气泡群的相位函数。与非吸收性海水中气泡的光散射特性相比,分析了海水折射率虚部对气泡光散射的影响。结果表明：180°后向散射的增强是气泡固有的光学性质,与所处介质无关,可以利用后向散射的增强来探测气泡。     

非球形粒子的散射特性分析

本文首先利用T矩阵方法计算了复折射率吸收指数和折射指数变化时的椭球粒子和Chebyshev粒子在不同等效尺度参数下的光散射特性,并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较;然后分析以上两种类型非球形粒子散射特性之间的关系.结果表明:椭球粒子和Chebyshev粒子的散射特性与等效球形粒子的散射特性存在着差别,粒子的形状越偏离球形,这种差别就越大;复折射率折射指数的变化对非球形散射效率因子的影响要比吸收指数的影响更大一些;当等效尺度参数相同时,椭球粒子与等效球形粒子的散射效率因子的差别要远远大于Chebyshev粒子与等效球形粒子散射效率因子之间的差别.     

光度学简介

光的本质是光具有波粒二象性。 光的传播、干涉、折射等现象是其波动性的表现,即光是一种电磁波。 但光与物质粒子相互作用时,光就显示出粒子性。例如光电管就是利用光照到金属板时,金属中的电子吸收了光能而飞出金属     

铁-铍介质界面上激波折射现象的数值研究

用数值方法研究铁-铍介质界面上的激波折射现象.运用激波极曲线理论分析不同强度的激波从正规折射过渡到非正规折射的临界角变化.运用一个具有二阶精度和波传播性质的激波捕捉法,数值求解激波折射运动的流体力学方程组.对正规折射,数值结果与激波极曲线理论一致;对非正规折射,不同强度的激波大都存在前驱的折射激波,并且入射激波的强度不同、入射角度不同,激波折射的图像也不同.     

拉曼效应对负折射介质中超短脉冲传输的影响

通过数值法对包含拉曼延迟响应的(3+1)维非线性薛定谔方程进行求解,研究了超短脉冲激光在负折射介质中传输时拉曼效应对自聚焦传输特性的影响,着重分析其不同与常规介质的反常传输现象.结果表明:由于负的折射率影响,拉曼效应将导致超短脉冲在自聚焦过程中频谱发生蓝移现象,这与常规介质对应情形相反;而它对负折射介质中超短脉冲的自聚焦特性的影响与常规介质相同,即拉曼效应将诱导自聚焦效应首先发生在脉冲的前沿.本文研究工作对将来利用负折射介质来操控超短光脉冲串产生、自聚焦等许多实际应用领域研究具有重要的指导意义.     

量子化电磁场在色散吸收有限介质中的传播

通过量子化吸收和色散介质中的电磁场,研究线极化波垂直入射至吸收和色散介质界面处的反射和折射行为,给出介质界面处光的正则量子理论.     

负折射率介质测试装置设计与测试

为深入了解负折射率媒质的奇异传输特性,基于斯涅耳折射原理,设计并加工了一种用于测试X波段（8.2~12.4 GHz）,以亚铁磁材料为基体,内嵌金属线阵列宏结构的负折射率介质样品折射特性的实验装置。分别测试了楔形石蜡样品和楔形负折射率介质样品在X波段的折射特性,对石蜡样品测试结果的分析证明了该折射特性测试装置的有效性,对负折射率介质样品测试结果的分析证明了合成介质确实具有负折射效应。通过电磁仿真方法,测试了平行板负折射率介质的波束位移特性,进一步证明了该种合成介质的负折射特性。     

基于双粒子耦合的单层介质柱阵列对电磁波的调控

基于Mie散射理论和多重散射理论探讨了亚波长介质柱阵列对电磁波的调控. 研究结果表明: 当在全反射的单层介质柱阵列中引入一个空位缺陷时会产生12%的透射; 如果在入射一侧再引入一合适的介质柱时, 其透射率可增加至36%, 为空位缺陷时的3倍; 当在出射一侧对称位置处引入另一完全相同的介质柱时, 可以调制透射电磁波的模式, 虽然总的透射率没有增加,但向前散射的电磁波能量明显增强. 采用这种双粒子耦合体系, 在金属柱的表面等离激元共振频率附近也可以实现类似的效果. 这些体系结构简单、易于在实验上实现, 这对于太赫兹甚至光频段的光子集成线路中的元件设计和光束调控很有意义.     

Au纳米粒子增强丙酮受激拉曼散射研究

受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)具有激光的特性,并且容易获取不同波长的激光,从而成为调谐激光频率的重要途径之一。然而,由于其转化效率低,限制了它的实际应用。金属纳米粒子具有很强的表面增强效应,曾被广泛地用于增强拉曼散射而获得良好的效果。本文提出将金属纳米粒子的这种性质用于增强SRS。把Au纳米粒子混合于拉曼介质丙酮中,以532nm的纳秒脉冲激光作为激发光,研究了Au纳米粒子在丙酮中的浓度对丙酮SRS一阶Stokes光强的影响,并通过仿真计算对实验结果进行了解释和分析。     

动态介质中的光折射现象研究

利用计算机模拟技术研究了动态介质中的光折射现象。将一定区域内带波浪的水假定为动态介质,以深度作为变量,利用几何光学原理及数值计算给出了介质深度不同时光强分布的规律,即相邻两明(暗)纹的中心间距随深度的变化而改变,明纹宽度和明纹平均亮度随深度的改变均呈现近似周期性变化而两者的变化趋势相反;另外,我们根据所得到的介质中光强分布的规律提出了一种测量水波速度的方法。     

基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和发展

高灵敏度的单粒子检测技术是纳米粒子在生物医学、化学、光电子等领域应用的前提条件。常见的单粒子检测技术主要包括基于粒子的荧光、拉曼、散射和吸收等信号而发展起来的光学显微成像及光谱技术。其中,拉曼光谱和荧光光谱技术主要适用于一些具有拉曼活性的分子/粒子或可发光的荧光分子或粒子,然而即使对于荧光效率高的有机染料分子和半导体纳米粒子,固有的光漂白和blinking现象也对单粒子探测形成了挑战。散射光谱测量是应用于单粒子检测的另外一种方法,从理论上讲,由于瑞利散射随着尺寸的减小而呈六次方减弱的趋势,在细胞或生物组织内,小尺寸粒子的散射信号很难从背景散射噪声中分离出来。众所周知,介质吸收激发光后会引起介质内的折射率变化,进而在光加热区附近出现折射率的梯度分布,称为光热效应(photothermal effect)。基于粒子光热效应的光学显微成像和光谱测量技术具有信号灵敏度高、无背景散射、原位和免标记等优点,在单粒子检测领域展现了良好的应用潜力。综述了近年来基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和研究发展,首先介绍了光热效应的测量原理;接着分别讨论了光热透镜测量技术、微分干涉相差测量技术和光热外差测量技术的实验装置,比较了各种测量技术的信噪比、灵敏度、分辨率等特点,并且介绍这些测量技术在单粒子检测中的应用研究进展;接着,论述了近年来研究人员在提高光热显微测量的信噪比、改善动态测量性能以及在红外波段拓展等方面的最新研究成果;最后,简单总结了光热测量技术在单粒子检测领域所面临的挑战。     

负折射介质中啁啾暗孤立波的传输特性研究

本文求解了描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化薛定谔方程,发现负折射介质中可以存在一种非线性啁啾暗孤波.结合负折射介质的特性,详细研究了该啁啾暗孤波的形成条件和传输特性.结果发现,与普通介质中的暗孤波不同,该啁啾暗孤波只能存在于介质的反常色散区,且孤被的速度影响其啁啾和幅度.另外,我们数值研究了该啁啾暗孤波在诸如频率偏移、功率波动和噪声干扰下的稳定性,结果表明,这种啁啾暗孤波在有限的扰动下具有很好的稳定性.     

基于粒子成像测速技术的水中气泡界面的光学性质研究

基于粒子成像测速的流体可视化技术，根据菲涅耳公式计算了入射到水中气泡界面的光强，得出点光源连续两次反射或折射的光强具有等比数列的规律，光线在气泡界面反射、折射4次就变成完全偏振光且光线几乎消失.当入射角避开35°左右时，即便有一定宽度的线光源入射到气泡界面，第2次折射出气泡的光强与线光源的宽度无关，类似一条光线入射所产生的光强，给出了面光源在界面所产生的光强的二重积分表达式.线光源所产生的界面光强理论值、面光源产生的光强数值解与实验值都较为符合. 关键词： 水中气泡 界面 光强 粒子成像测速