光在水中吸附膜层气泡上的散射特性

光在水中大尺度气泡上散射特性的研究多是基于Davis模型.该模型没有考虑到吸附膜层对光在气泡上散射的影响,而海水中的大多数气泡都有膜层附着,这些膜层会影响到气泡的光散射特性.本文从几何光学的角度出发,建立了吸附膜层气泡的体积散射函数简化公式.在此理论基础上,模拟计算了尺度远大于入射光波长的大气泡散射光强分布曲线,得出光照射下气泡上散射光强的远场特性,讨论了影响气泡散射光强分布的主要因素.并与无膜气泡光散射分布曲线比较,讨论了油膜膜厚、折射率等参量对气泡的光散射特性影响.得出结论:吸附膜层气泡的光强分布曲线与无膜气泡相似,但吸附膜层会削弱前向散射光,增强后向散射光.     

激光在水中气泡微粒的后向散射特性

从激光能量、目标位置、视场大小及气泡厚度等方面对气泡后向散射特性进行研究.采用实验方法研究脉冲激光气泡后向散射特性.实验结果表明,增大激光能量在一定程度上可以有效地改善气泡探测的效果,而气泡发生器位置和视场的合理选择使得气泡探测更容易些,气泡区域厚度的变化对气泡后向散射并没有明显的影响.该实验结论与蒙特卡洛数值模拟的结果一致.     

水中气泡上的体散射函数的模拟与计算

基于几何光学的基本原理,推导出一种可以计算水中大尺度气泡上光散射角度与强度的关系式。推导中避免引入衰减因子G,较Davis模型更为简单。该模型可应用于光在水中单个气泡上散射的数值计算。最后,模拟计算了平行光束入射水中气泡的体散射函数曲线,发现水中气泡的前向散射远大于后向散射;当气泡半径在远大于光波波长的前提下变化时,气泡上散射光强分布规律与气泡半径无关;而介质相对折射率的增大会削弱前向散射而增强后向散射光强。     

基于CMOS探测模拟气泡幕前向光散射动态特性

提出了基于CMOS图像传感器探测前向激光近轴的散射横面角和散射纵面角的概念.使用CMOS采集了模拟气泡幕前向散射光动态图像序列,通过计算每帧灰度图像行和列像元均值将其可以用一个列向量和行向量表示,从而图像序列可以用一个图像序列矩阵描述.实验模拟了压强0.005MPa和0.01 MPa产生的气泡幕,通过计算两种压强产生的气泡幕前向光散射图像序列的横向灰度均值和纵向灰度均值,定性分析了100帧图像序列的灰度分布和演化特点,并定量分析了5帧连续图像的动态变化范围和相关性.分析CMOS探测气泡幕前向散射光动态图像序列实验结果表明,随着压强增大,产生气泡幕尺度增大、密度增加、上升速度加快,导致图像序列横向和纵向散射光灰度变化范围增加,并且相邻图像帧之间变化波动幅度增大.     

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。     

动态光散射实验中散射光偏振状态的研究

颗粒散射光的偏振状态对提高动态光散射实验系统空间相干性和测量结果正确性有着重要影响,因此研究散射光的偏振状态具有重要现实意义的。本文利用米散射理论分析了入射光与散射光偏振状态之间的关系,在此基础上揭示了在动态光散射中使用垂直偏振光作为入射光的理论依据,并在实验中验证了上述理论的正确性。     

将噪声作为独立变量的动态光散射数据反演

在动态光散射颗粒测量时,为了从含噪的自相关函数数据中准确地反演出颗粒粒度分布,对Tikhonov正则化算法进行改进,将噪声作为一个独立的未知变量应用到正则化方程中进行粒度反演.在计算过程中,相应增加方程中各系数矩阵的行数和列数,对求解的粒度分布数值则仍取其原来方程的行数和列数,从而达到对部分噪声的剔除作用.不同噪声水平下的颗粒粒度反演结果表明,改进后的算法能够显著提高低信噪比动态光散射数据粒度反演结果的准确性,适用于宽分布较大粒径的颗粒粒度反演.     

动态光散射图像法测量纳米颗粒粒度研究

提出了一种基于动态光散射原理的图像法测量纳米颗粒粒径的新方法,采用面阵CCD数以万计的像素同时并行测量处于布朗运动的纳米颗粒空间分布的动态散射光信号,对测得的信号进行数据处理,得到了纳米颗粒粒径。对27、79、482、948nm 4种不同粒径的纳米标准颗粒进行了实验研究,针对面阵CCD拍摄帧率远低于光电倍增管测量频率的特点,采用质量分数为55%高粘度甘油水溶液作为分散介质,在CCD拍摄帧率为8290frame/s时,27nm颗粒的测量误差从以水为分散介质时的15.1%降至1.9%。与目前动态光散射纳米颗粒测量方法相比,该方法大幅度减少了测量时间,仅为现有方法的1%以下,并可大幅度简化测量装置。     

Detection Theory of Polydispersities by Dynamic Light Scattering

ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＴｈｅｏｒｙｏｆＰｏｌｙｄｉｓｐｅｒｓｉｔｉｅｓｂｙＤｙｎａｍｉｃＬｉｇｈｔＳｃａｔｅｒｉｎｇＺＨＡＮＧＹｉｘｉｎＺＨＵＴｏｕＺＨＡＮＧＪｉａｎｈｕａ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＷｕｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＬｉ...     

Simulation of Dynamic Light Scattering Signals of Ultrafine Particles

In order to conveniently obtain dynamic light scattering (DLS) signal, a simulation method of DLS signal is proposed in this paper. This method regards the light intensity fluctuation of DLS as a stationary random process. According to autocorrelation function (ACF) of DLS signal, the stationary random process of DLS can be generated by auto‐regressive (AR) model. Signal simulations of several kinds of distribution particles and comparison of simulations and experiment prove that AR model can be used for DLS signal simulation. Moreover, by analyzing effect of simulation parameters on simulation precision, we obtained the relationship between simulation parameters and simulation precision. Finally, application of simulation signal verifies the effectiveness and convenience of this simulation method.     

小粒子动态光散射信号的计算机模拟及分析

用计算机模拟了小粒子（０．００１μｍ～１μｍ）的动态光散射信号，并对其进行了分析，同时运用分形几何学（ＦｒａｃｔａｌＧｅｏｍｅｔｒｙ）的理论和概念，对信号的时间复杂性进行了分数维（ＦｒａｃｔａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）的计算，得出了它与粒子尺寸之间的关系。     

Spatial, Spectral, and Temporal Characteristics of Stimulated Light Scattering in Water

Spatial, temporal, and spectral characteristics of stimulated light scattering (SS) in water were investigated in both nano- and picosecond ranges under different experimental conditions and compared with the analogous characteristics of stimulated light scattering in other liquids. Stimulated Raman scattering (SRS) and stimulated Brillouin scattering (SBS) of light were studied. The results obtained provide useful information on the structure of water, its purity, and additions, which can result in its pollution. The excitation conditions of stimulated light scattering (SS) in one spatial mode and with maximum pulse energy conversion were determined. It is shown that stimulated light scattering can be successfully applied to control water quality (and it can be done very fast) as well as for information processing, i.e., the amplitude–phase structure of complex light fields can be registered in water as a dynamic hologram and reconstructed in real time.     

基于自回归模型的超细颗粒动态光散射模拟

为了获取超细颗粒动态散射光模拟信号, 在分析超细颗粒动态散射光信号特性的基础上, 通过建立动态光散射随机过程的自回归(AR)模型, 利用Levison-Durbin递推算法确定模型参数, 并给出了单峰、双峰分布颗粒信号模拟的模型阶数确定方法, 从而提出了一种基于AR模型的态光散射信号模拟方法。分别对50 nm, 300 nm, 1000 nm, 50 nm与1000 nm, 100 nm与500 nm, 300 nm与1000 nm的单峰、双峰分布颗粒在模型阶数分别为1, 1, 1, 57, 28, 40时进行了模拟, 得到的模拟信号的光强自相关函数与理论值吻合, 用累积法对单峰分布颗粒反演和双指数法对双峰分布颗粒反演, 相对误差分别小于0.58%和3.7%, 因此, 单峰分布颗粒信号模拟需一阶模型, 双峰分布颗粒信号模拟粒径不同所需阶数不同。     

基于组合拟合法的冰晶粒子的光散射计算

利用组合拟合法计算了冰晶粒子的单次散射特性。给出了消光效率因子、单次散射反照度及非对称因子的拟合公式,利用拟合公式对有效粒子尺度为20μm和120μm的六种冰晶粒子的消光效率因子、单次散射反照度及非对称因子进行了计算。结果表明,粒子的消光效率因子、单次散射反照率和非对称因子随着入射波长的增加有着较大的起伏,后两者随着波长的增加而变化趋势基本一致;对于单次散射反照率来说,在可见光波段,反照率非常接近于1;在短波段,粒子的非对称因子变化较小,并且随着波长的增加,非对称因子会逐渐增大。