半透明介质表面红外测温的辐射传输模拟

考虑不透明漫射基底的反射/发射和半透明介质层的吸收/发射,建立半透明介质层表面红外测温过程的辐射传输模型,采用反向蒙特卡罗法进行模拟,获得探测表面在热像仪的指示辐射温度。与不透明表面红外测温进行比较,分析表面形状、基底发射率ε_s及介质层光学厚度τ的影响。结果表明,半透明介质层表面的指示辐射温度在ε_s1.0时,随τ的增大而增大,τ≥2时数值趋于ε_s=1.0时的结果,与不透明表面存在较大差异;针对复杂形状或内凹曲面红外测温,不透明表面和半透明介质层表面均受到反射其他部位辐射现象的影响。     

圆筒形半透明介质内非稳态复合导热与辐射的研究

本文研究细长电加热体在圆筒形半透明介质中的温度响应，通过对控制非稳态导热与辐射复合传热过程的积分-微分方程直接进行数值求解，分析了热辐射对内部径向热流及温度变化的影响．模拟计算结果对热线法测量半透明介质导热系数的研究具有理论指导意义。     

半透明梯度折射率介质内辐射熵传递方程及其数值模拟

在非相干辐射条件下,基于Planck光谱辐射熵强度定义,导出半透明梯度折射率介质内光谱辐射熵传递方程,以及局部辐射熵产率理论表达式.基于离散坐标法对辐射熵传递方程进行数值求解.以一维半透明梯度介质平板为例,对辐射熵方程及其算法进行验证.平板整体无因次辐射熵产的计算结果与宏观热力学定律的结果一致.     

半透明介质中辐射传递方程的反演计算及数值模拟

本文介绍了一侧为半透明、另一侧为非透明界面时一维半透明介质的辐射强度计算式。采用辐射与导热复合换热模型计算半透明介质内温度场。利用已知的温度场求半透明介质的辐射强度一正问题计算。将此辐射强度代入辐射反问题计算模型，引入测量误差，采用Ｃｈａｈｉｎｅ方法及演半透明介质内温度场一反问题计算。数值模拟表明，本文所采用的辐射反演法具有较高的精度及稳定性。     

二维变折射率介质辐射传递的近似模型

发展了二维梯度折射率介质热辐射传递求解的两种近似模型,线性折射率bar模型和混合bar模型.对于辐射能传递路径的求解,涉及到四个坐标系的转换:系统坐标系、网格坐标系、网格旋转坐标系和散射的当地坐标系.同时假设辐射能在每个网格内是在平面内传递.通过这两个模型的建立和新的假设条件,对于二维梯度折射率介质的热辐射传递求解的一系列问题均可较为容易地求解.     

基于球谐函数法的气溶胶辐射强迫分析

本文针对气溶胶的辐射强迫效应开展了数值方法研究。建立了基于球谐函数法的多层半透明介质辐射计算模型。并与射线踪迹-节点分析法的计算结果进行了对比验证。最后,我们使用该模型分析了北京地区的大气气溶胶辐射强迫。结果显示,本文计算出的结果与AERONET的气溶胶光学厚度有很好的关联性。     

非均匀介质红外辐射传输模型

本文建立镜反射不透明表面下,非均匀光学物性纯吸收性介质内的红外辐射传输模型.红外辐射在折射率连续变化的介质内沿曲线传输.将非均匀介质沿厚度方向离散成n个物性均匀的等温微层,每个微层内辐射沿直线传播,光滑曲线传输路径即离散成首尾相连的折线系列.采用多层辐射传输模型,利用射线踪迹法建立非均匀介质内的红外辐射传输模型.在多层模型中,相邻两微层间的界面引入折射/全反射判据,避免了界面处的积分奇异现象和原本不存在的界面反射现象.     

多层介质中的离子射程分布

本文提出了一种计算多层介质中注入离子深度分布的新方法。该方法把Monte Carlo模拟与输运方程的数值解法相结合,取其各自的优点,考虑了离子在界面处的反射,给出多层介质中射程分布表达式。理论与实验比较表明,两者符合得很好。 关键词：     

基于微面斜率法的粗糙表面半透明介质层光谱散射特性分析

对具有一维高斯分布粗糙表面的半透明介质层光谱散射,基于微面斜率法建立了考虑遮蔽效应的粗糙表面光谱辐射传递概率模型,采用蒙特卡罗法模拟光谱辐射能束在粗糙表面、半透明介质层介质与镜反射基底之间的多次反射、折射和吸收等传递过程。通过数值模拟,分析了介质层表面粗糙度、光谱光学厚度、折射率和基底反射率对介质层双向反射分布函数(BRDF)的影响。结果表明,表面粗糙程度不同时,反射峰值随入射角度呈现不同的变化趋势;表面粗糙度增加或折射率增大都将导致漫反射份额增大;介质层光谱光学厚度和基底反射率主要影响BRDF的数值大小,而对BRDF的分布形态影响很小。     

光在介质中的折射

研究了光的磁场在光与介质相互作用中的行为,建立了电子云导体模型,即介质中一个电子的电子云可以看作是一个微小导体,光变化的磁场与电子云导体间的电磁感应作用导致光与电子云导体之间的能量交换。光在介质中速度减慢起因于这种能量交换。应用电子云导体模型和能量守恒原理,导出了介质折射率表达式,并利用这个表达式计算了几种介质的折射率,计算结果与实测值符合得很好。解释了折射率的各向异性,以及静电场或静磁场对介质折射率的影响。     

负折射率介质层中光波的相位和传输特性研究

针对在理解负折射率材料中光波的传播特性时相位的特殊性质 ,详细分析推证了负折射率介质中折射率、波矢k的大小和方向、空间坐标系以及波相相位互之间的关系。分析结果表明负折射率介质层中的波矢k的反常取向是由于其标量值为负 ;在统一的坐标系下 ,由该标量值参与数值计算和分析 ,k则由标量值和单位矢量k0 (k0 >0 )共同决定 ,而不必再考虑左、右手系的区别。在此基础上依据电磁场理论推导了光波在负折射率介质层中的传输矩阵 ,用以分析含有负折射率介质层的复杂薄膜系统的光学性质。初步计算结果显示含有负折射率介质层的膜系对TE和TM波的光谱特性都有显著改变     

变折射率介质中光线追迹通用算法的研究

基于几何光学的光线折射和反射原理提出了变折射率介质中的光线追迹算法,给出了在光线追迹过程中进行递推的反射光线和折射光线的方向余弦方程;解决了空间中法线的确定和光线回转等问题。最后通过对多种不同的存在解析解的特殊折射率分布的数值解值和解析解值的比较,验证了算法的正确性,并且讨论了应用算法时应该注意的问题和算法中还有待解决的问题。该算法不但具有广泛的适用性,基本不受折射率分布的制约,而且其数值解精度达10^-5。该算法在变折射率介质的光学设计和空间成像补偿等方面有着广阔的应用前景。     

配置点谱方法求解一维圆柱梯度折射率介质中的辐射传热

发展一种配置点谱方法，计算包含半透明各向异性散射介质的圆柱系统中的辐射传热.介质具有梯度折射率，并且散射反照率随空间位置变化.通过与精确解或其他方法的结果对比，验证配置点谱方法的准确性.结果表明：配置点谱方法仅采用少量的节点数就可以得到准确的辐射热流量.     

Macroscopic Models for the Radiative Relaxation Lifetime of Luminescent Centers Embedded in Surrounding Media

Two macroscopic models for the dependence of the spontaneous emission rate of luminescent ions or nanoparticles embedded in dielectric media of various optical refractive indexes are presented. The available experimental results on the spontaneous emission rate (lifetime) are examined using the two models. A simple criterion for how to choose the proper model for a given system is summarized.     

Effects of the Solvent Refractive Index and Its Dispersion on the Radiative Decay Rate and Extinction Coefficient of a Fluorescent Solute

It is well known that the probabilities of radiative transitions in a medium differ from those in vacuum. Excitation of a fluorescent molecule and its radiative decay are examples of radiative transitions. The rates of these processes in solution depend on the optical characteristics of the solvent. In this article the radiative decay rate and the extinction coefficient of a fluorescent molecule in solution are expressed in terms of the intrinsic properties of the fluorescent molecule (electronic transition moments) and the optical characteristics of the solvent (refractive index, group velocity of light). It is shown that the group velocity does not enter in the final expressions for the radiative decay rate and the extinction coefficient; this means that the dispersion of the refractive index has no effect on these quantities. The expressions for both the radiative decay rate and the extinction coefficient contain the refractive index of the solvent and the local field correction factor. The latter depends on the cavity model, and, for some cavity models, on the shape of the cavity. Four types of cavity models are discussed; for each model the limits of applicability are examined. Experimental evidence in support of specific cavity models is reviewed.     

Optical bistability induced by quantum coherence in a negative index atomic medium

Bistability behaviors in an optical ring cavity filled with a dense V-type four-level atomic medium are theoretically investigated. It is found that the optical bistability can appear in the negative refraction frequency band, while both the bistability and multi-stability can occur in the positive refraction frequency bands. Therefore, optical bistability can be realized from conventional material to negative index material due to quantum coherence in our scheme.     

位相型全息记录介质的浮雕深度和折射率变化的测量方法

本文提出了一种直接测量位相型全息记录介质的浮雕深度和折射率改变量的方法，它利用干涉显微镜及带ＣＣＤ摄像头的微机组成的简单系统，可获得很高的测量精度。本文分析了测量误差以及为使系统保持最高测量精度而应选取的最佳测量条件。     

梯度折射率非局域介质中空间孤子振荡行为研究

应用等效粒子近似方法研究了光学空间孤子在带有局域和非局域非线性横向非均匀介质中的传输动力学行为.发现孤子在传播过程中横向的周期性振荡.折射率调制幅度和波导的归一化宽度决定了振荡周期的大小.介质的非局域对振荡振幅有着较小的影响.模拟了孤子传输过程,所得数值结果与理论分析符合很好.此外,模拟传输还发现多孤子束缚态能够在这个模型中稳定传播.这种振荡特性或许可以应用于光学路由器、转换器、开关等.     

The DRESOR method for radiative heat transfer in a one-dimensional medium with variable refractive index

This paper extends the DRESOR (Distribution of Ratios of Energy Scattered by the medium Or Reflected by the boundary surface) method to radiative transfer in a variable refractive index medium. In this method, the intensity is obtained from the source term along the curved integration paths determined only by the variable refractive index, and the DRESOR values are calculated by the Monte Carlo method in which the propagation of the energy bundles are affected by Snell's law. With given temperatures on the black boundaries of a one-dimensional medium, the temperature distribution inside the medium with a variable scattering property is calculated under the condition of radiative equilibrium. It is shown that the DRESOR method has a good accuracy in the cases studied. For an isotropic-scattering medium with the same optical thickness, the scattering albedo has no effect on the temperature distribution, which can be obtained from the general equations and can be seen as an extension of what exists for a constant refractive index; however, the different refractive index causes obvious changes in the temperatures inside the medium. The effect of anisotropic scattering on the temperature distribution cannot be ignored, although it is still weaker than the effect caused by variation in the refractive index.