彩虹及在非均匀球中的应用

利用广义洛伦兹-米氏理论，研究了多层球折射率按指数规律变化时，其一阶彩虹角分布随折射率变化的情况。研究结果表明，无论折射率为指数增大还是指数衰减，多层球彩虹角位置均与折射率分布密切相关，为探测非均匀球的折射率及梯度分布以及燃烧室的温度分布提供了有效的信息。     

无限长非均匀圆柱对平面波散射的彩虹特性研究

以梯度折射率聚合物光纤为例,利用非均匀柱粒子的洛伦茨-米氏(Lorenz-Mie)理论和德拜(Debye)级数研究了非均匀柱粒子的一阶、二阶彩虹强度分布特点.针对不同阶次彩虹间存在相干现象这一特点,提出了低通、带通滤波和逆快速傅里叶变换(IFFT)方法,将各阶彩虹从相互干涉的强度分布中分离重建出来,并且与Debye级数模拟的结果进行了比较,吻合得很好;讨论了分层柱粒子的双重一阶彩虹现象,利用Lorenz-Mie理论和Debye级数模拟了双重一阶彩虹的强度分布.     

基于经验模态分解的彩虹法测量研究

基于彩虹Airy理论分析了一阶彩虹强度分布的折射率和直径的灵敏度,并利用经验模态分解法对彩虹信号进行分解与重构,提出了一种有效分离彩虹强度中Airy信号和高频Ripple分量的方法。根据液滴的一阶彩虹分布,设计了液滴折射率和直径同步测量的彩虹?经验模态反演算法,该算法有很强的抗噪声特征。实验中测量了水滴和不同浓度乙醇液滴的一阶彩虹分布,研究结果表明,彩虹?经验模态法对液滴的折射率和直径测量精度分别为10?4和1%。     

基于彩虹现象的光学测粒技术研究

对基于彩虹现象的光学颗粒测量进行研究,提出了一种新的参数反演模型和算法,可同时测量颗粒的粒径和折射率.新算法基于经验模态分解的去噪技术,并采用一种特征点提取技术和基于Debye理论的反演最优点搜索算法,能较精确的迅速找到反演最优点.数值模拟结果表明,当信噪比降至5 dB时,直径反演最大误差小于10%,折射率反演最大误差小于0.1%.对不同温度下自由下落的水滴进行实验研究,水滴由波长532 nm功率14 mW的连续激光源照射, 产生的彩虹光线经大口径透镜收集,被位于透镜焦平面的CCD相机接收.实验结果同样表明此测量方法具有较好的精度和可靠性.     

无限长非均匀圆柱对任意入射平面波的散射特性

基于无限长非均匀介质圆柱对斜入射平面波散射场公式推导,研究发现当入射角为90°时,斜入射散射公式可以简化为垂直入射的散射公式,所用的算法也可以统一.并用已有算法模拟了无限长非均匀柱粒子对任意入射平面波散射场的强度分布,并且与已有文献结果进行比较,验证了上述结论的正确性.     

光复散射对消光法粒径测量的影响:复散射模型与数值模拟

复散射效应在光散射颗粒测量中不仅重要．且尚未得到很好解决。采用蒙特卡罗方法,对不同的光波长,颗粒浓度以及收接器条件下的光复散射进行了数值模拟．数值算法程序经与四通量模型进行对比验证,数值结果与单散射条件的郎伯-比尔模型进行比较．进而讨论了复散射效应对消光法颗粒粒径测量影响。表明复散射对消光法颗粒测量的影响不仅取决于颗粒系自身的浓度．而且接收器的几何尺寸和接收位置起着非常重要的作用,减小颗粒介质层厚度和减小光接收器接收面积．增大接收距离以及减小接收角都能减小复散射效应对消光法粒径测量的影响。     

非球形大气粒子对任意波束的电磁散射特性

研究大气中变形球状的气象粒子对电磁波以及激光的散射特性,采用广义米氏(Mie)理论,精确地求解在任意波束中大气粒子的散射强度,数值计算激光束腰位置对散射强度分布的影响,分析彩虹强度和散射角与变形球状粒子偏心率的关系,研究随着长短轴比例增加,彩虹强度峰值的偏移。计算结果表明雨滴在下降过程中,它在各个方向的光散射强度逐步减弱,即随着雨滴偏心率的增大,散射强度减少,彩虹角变大。对于激光入射,当粒子距离波束中心位置越远,粒子的散射就越弱,并且随尺寸参量增加,后向散射振荡的频率要大于前向散射,当束腰位置矢径的大小增加时,后向散射和前向散射强度均变小。     

米氏理论的近似及在粒度测量中的应用

将夫琅禾费衍射理论与几何散射 (包括折射和反射 )相结合 ,给出平行光入射下圆形颗粒在前向大角度范围内的散射光强分布近似算法。由于考虑了衍射、折射和反射相互间的干涉效应和颗粒对光的吸收性 ,对于正常或非正常衍射状态下无因次参量α≥ 40的耗散颗粒 ,在前向 0°～ 60°散射之内 ,该方法对散射光强计算结果与米氏理论结果是吻合的。由于计算速度比米氏理论快 ,有效角度范围比夫琅禾费衍射理论宽 ,因而适合于大颗粒的前向光强计算。将这一计算方法应用到大角度采光时的激光粒度测量实验中 ,收到了良好的效果     

模压彩虹全息片的视角和视角的测量

说明了对于２Ｄ／３Ｄ和３Ｄ彩虹全息图，视角作为质量指标的必要性。论述了具体测量视角时，选择激光束作为照明光束缘由，给出了像方视角与物方视角的关系以及具体测量视角的方法。关键词：模压彩虹全息图，视角的测量。     

基于散射光偏振分布差的颗粒尺寸及折射率测量

提出一种基于颗粒散射光强正交分布差的颗粒尺寸和折射率同时测量方法.该方法利用颗粒散射光的垂直/平行分量和预设折射率,通过改进的Chahine算法反演得到粒径分布.根据所得粒径分布,计算得到平行/垂直分量,并与测量的平行/垂直分量比对,计算其拟合残差.遍历可能的折射率,使拟合残差趋于无穷小时,所对应的折射率即为颗粒的折射...     

一种求解任意入射波束的波束因子的方法

提出了一种将任意入射波束因子用矢量波函数展开的方法，根据波束在球坐标系中的展开形式，以及球谐矢量函数与非球坐标系的波矢量函数之间的关系，推导出任意入射波束在相应坐标系中的波束因子的理论表述形式.以椭球坐标系为例，介绍了将离轴的入射波束，用椭球矢量波函数展开的波束因子求解方法，此方法还可应用于柱坐标、椭柱坐标系中波束因子的求解，为研究粒子对任意入射波束的散射打下了基础. 关键词： 波束因子 广义米理论 光散射     

On rainbows of inhomogeneous spherical droplets

The paper is devoted to the study of the intensity distributions and the angular spectra of the second and fifth rainbows of homogeneous and inhomogeneous spherical particles predicted by Lorenz-Mie theory. The results show that the distribution around the second rainbow angle for a homogeneous sphere of refractive index between 1.32 and 1.33 is due to the interference of the light after two or five internal reflections. The structure of the scattering diagram and the angular spectrum for homogeneous and radially inhomogeneous spheres are studied. For a homogeneous sphere we show that the second and fifth rainbows can be independently reconstructed by filtering the calculated spectrum. Since each order of rainbow penetrates the particle to different depths, such methods could be used to provide information about the refractive index profile or the temperature gradient of an inhomogeneous sphere. The Airy-like peaks of the second and fifth rainbows are closely connected with the refractive index profile, which is beneficial to the measurement of its refractive index profile or temperature gradient.     

后向动态光散射测量中样品池的影响及校正

针对后向动态光散射高浓度颗粒测量中样品池产生的影响,本文对负球差进行了分析,提出了采用ZEMAX确定聚焦透镜的光学参数校正球差的方案,对由于样品池表面反射引起的二次散射进行计算,提出了削弱二次散射的方法。     

Quantitative Measurement of Planar Droplet Sauter Mean Diameter in Sprays using Planar Droplet Sizing

The purpose of this investigation is to assess and improve the accuracy of Sauter Mean Diameter measurements in dense sprays using a Planar Droplet Sizing (PDS) technique, based on the intensity ratio of scattered and fluorescence light. A novel data processing method of the PDS technique is suggested, which was derived from a theoretical light scattering investigation, and reduced possible sizing errors larger than 30% to below 10%. The novel approach for droplet sizing was applied to measure in a spray generated by a pressure swirl atomiser in a liquid‐fuelled burner operated with water at isothermal conditions, in order to avoid the effect of liquid evaporation on the accuracy of PDS technique. The Sauter Mean diameter results from the PDS technique were compared to Phase Doppler Anemometer (PDA) sizing measurements. Good agreement was obtained between the two techniques in dense regions of the spray. Discrepancies remained in dilute spray regions due to systematic statistical uncertainties of the PDS technique and the dynamic range of the intensity of the CCD cameras, which did not allow detection of large single droplets in the dilute spray region.     

一种扩大动态光散射颗粒法可测溶液浓度的改进方法

针对传统动态光散射颗粒测量法测量溶液浓度范围较小的问题，通过模型和实验研究了传统DLS系统双孔结构中测量区大小对测量结果的影响，发现可通过改变测量区大小控制散射体体积，从而扩大测量溶液浓度的范围。并基于传统DLS系统双孔结构光路，通过使用可调狭缝，并增加透镜，扩大了DLS测量溶液浓度范围，实验结果表明了该方法的有效性。