基片及其上方回转椭球粒子极化光散射

基于BV理论建立基片及其上方回转椭球粒子的复合散射模型,通过矢量球谐函数展开,对散射过程进行了分析,对散射场及微分散射截面详细求解,并给出了数值计算结果,与离散源方法做了比较,同时退化为球粒子与扩展Mie理论做了比较,说明了此方法的有效性。并详细讨论分析了微分散射截面随不同入射角,散射角,回转椭球粒子的尺寸、长短轴比例,距基片的距离,介电常数,粒子取向角的变化关系。结果表明：同一散射角下入射角越大,其微分散射截面越大;粒子尺寸越大,相互作用越大,其微分散射截面越大;长短轴比例越大,其微分散射截面越小;距离基片的距离越大,微分散射截面越大;微分散射截面的变化主要依赖于相对介电常数实部、虚部数值较大的一方,并且随粒子取向角的增大而增大。     

基片及其上方回转椭球粒子极化光散射

基于BV理论建立基片及其上方回转椭球粒子的复合散射模型,通过矢量球谐函数展开,对散射过程进行了分析,对散射场及微分散射截面详细求解,并给出了数值计算结果,与离散源方法做了比较,同时退化为球粒子与扩展Mie理论做了比较,说明了此方法的有效性。并详细讨论分析了微分散射截面随不同入射角,散射角,回转椭球粒子的尺寸、长短轴比例,距基片的距离,介电常数,粒子取向角的变化关系。结果表明:同一散射角下入射角越大,其微分散射截面越大;粒子尺寸越大,相互作用越大,其微分散射截面越大;长短轴比例越大,其微分散射截面越小;距离基片的距离越大,微分散射截面越大;微分散射截面的变化主要依赖于相对介电常数实部、虚部数值较大的一方,并且随粒子取向角的增大而增大。     

微粗糙面上方球形粒子的光散射及其散射截面的计算

基于互易定理研究了光波入射时微粗糙面与其上方球形粒子复合模型的光散射。根据粗糙表面电流积分方程并利用表面微扰展开，得到了微粗糙面表面极化电流的迭代解，给出了耦合电场的计算方法。结合散射耦合场散射矩阵和已有的微粗糙面及球形粒子的散射矩阵，给出了复合模型散射截面的计算公式，数值计算了复合模型的后向散射截面并进行了详细讨论。     

粗糙表面激光散射特性的理论研究

用矢量微扰动方法分析激光束在粗糙表面上散射的分布特性。详细讨论高斯光束的角谱和适用于准直激光束散射问题的波前分割概念认为，当用入射总功率作归一化因子时，准直粗激光束散射可近似地作为平面波处理，而细激光束散射则与平面波存在很大的差异，利用所得结果讨论了一维粗糙表面的激光隐身作用及椭圆偏振光入射时镜反射方向和后向散射场的偏振态。最后介绍两种线偏振光在粗糙表面上散射分布的差异。实验验证了主要结论。     

微纳粒子光学散射分析

为实现利用光学方式对微纳尺度粒子性质的研究,探讨了亚微米线及亚微米球对光电磁波的散射效应.微纳米尺度粒子的光学散射,散射粒子尺寸与入射光波长尺寸可满足米氏(Mie)散射条件.利用Matlab数值模拟的方式,将分析结果以模拟图的形式清晰地展现出来.满足尺寸条件的层状粒子以及任意多个散射粒子存在时对电磁波的散射都可采用Mie散射分析方法,并且针对多粒子散射,分析了散射体位于不同位置时对散射造成的影响.通过分析光学散射光场相关的微分散射截面及近场散射电磁场分布,可得出散射光场随散射角度的变化趋势,以及散射光场受各类因素的影响,包括入射光偏振态、散射粒子尺寸、散射粒子结构及粒子构成层数、散射粒子数量等的影响,也包括一些隐含因素对散射光场的影响,如散射粒子与周围介质的相对折射率.本文的科学意义体现在:与入射光波长尺寸可比的亚微米尺度的粒子,可用作传感器,对于其位移的探测可通过光学方式来实现,而由于粒子本身特性对散射光的影响具有一定的参考价值,从而使通过光学方式对机械位移的读出具有更高准确度.研究结果对于光学方式探测亚微米线机械振动具有指导意义.     

三维微纳米半球周期结构光学表面场分布及复合散射特性

为进一步拓展微纳米周期超结构功能特性,满足光学周期超结构高精度设计需求,基于时域多分辨分析方法,从Maxwell方程出发,推导出微纳米三维半球光学周期结构表面散射耦合场,计算结果与时域有限差分方法结果吻合良好.给出微纳米三维半球光学周期结构表面场分布并数值计算微纳米三维半球光学周期结构表面微分散射截面,提炼分析填充材质...     

利用光散射特性研究光学表面中瑞利缺陷粒子的方位诊断

基于偏振双向反射分布函数,从理论上推导了瑞利缺陷粒子分别位于光学表面上方和基底内部的散射场,研究了光学表面瑞利缺陷粒子的方位诊断问题.通过对不同波长下冗余缺陷粒子位于不同方位时双向反射分布函数pp项的分析与讨论实现对缺陷位置的初步判断.结果表明,SiO2瑞利缺陷粒子位于裸基底上方时,双向反射分布函数pp项受波长影响的敏感程度远大于位于SiO2涂覆上方时,可以通过测量缺陷粒子对波长变化的敏感程度判断缺陷粒子的大致方位;当缺陷粒子在Si基底下方时,方位角的凹痕出现在85°到90°之间,当缺陷粒子在SiO2涂层下方时,方位角的凹痕出现在70°左右,因此,可以根据方位角凹痕位置的不同实现对缺陷粒子方位的进一步诊断.     

随机粗糙表面光散射场分布特性的机理研究

为了研究随机粗糙表面光散射分布特性机理,采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面,以基尔霍夫近似作为电磁场边界条件,采用蒙特卡罗方法数值计算了一组金属和一组电介质粗糙表面在S偏振光和P偏振光照射下的散射光强度空间分布。计算结果显示:金属表面与电介质表面的散射光分布宽度、散射峰值、散射峰位置三个散射特征存在显著差异,经过分析发现这种特征差异的产生机理是由表面面元的斜率分布和面元反射率共同因素导致,与数值计算结果对比,二者具有良好的一致性。     

蒙特卡洛法研究随机粗糙表面的光散射特性

本文采用蒙特卡洛(M-C)数值模拟,生成起伏高度满足高斯分布的随机粗糙表面。借助Kirchhoff近似,并在综合考虑辐射传输、光学及电磁学有关理论的基础上,利用M-C方法计算了符合高斯分布的一维随机粗糙表面的单次和多次光散射分布,模型结合射线追踪法考虑了粗糙表面的遮蔽效应。结果表明在考虑多次散射时,存在后向散射增强现象,该结论与实验结果相吻合,证明本文数值模拟方法的正确性。     

微粗糙结构表面液滴浸润特性的多体耗散粒子动力学研究

超疏水表面因其优异的自洁作用一直是表面科学领域关注的重点.本文使用多体耗散粒子动力学(many-body dissipative particle dynamics, MDPD)方法模拟研究了不同粗糙结构下液滴的浸润特性, 并与Cassie-Baxter理论进行了对比. 研究使用了一种具有长吸短斥作用的流固作用函数来获得不同的液滴浸润性, 并利用一种简洁的数值方法来测量接触角. 模拟结果表明本研究方法能够稳定地捕捉到液滴在粗糙表面的静态和动态特性. 模拟了粗糙结构对三相接触线运动的黏滞作用, 与物理实验结果相符合, 表明Cassie-Baxter理论在实际应用中尚存在一定局限性. 研究分析了在动态铺展过程中的能量转化关系, 并指出在低值表面容易引起液滴反弹.     

二维导体微粗糙面与其上方金属平板的复合电磁散射研究

研究了二维导体微粗糙面与其上方金属平板复合电磁散射特征.应用互易性原理使求解二次散射场简化为求解包含平板上的极化电流和微粗糙面散射场的积分方程，从而降低了求解难度.应用物理光学近似和微扰法分别求解了平板上的极化电流和粗糙面的电磁散射场，得到了复合散射截面计算公式并进行了数值计算.尤其对该复合模型后向耦合电磁散射结果进行了详细分析和讨论. 关键词： 互易性原理 复合电磁散射 微粗糙面 平板     

粗糙表面涂覆目标的太赫兹波散射特性研究

对具有涂覆层目标的太赫兹波段粗糙表面的散射特性进行了研究. 考虑到表面粗糙度的影响, 可先对反射系数进行修正, 再利用反射系数对等效电磁流进行修正, 得到粗糙涂覆表面的等效电磁流, 然后在物理光学方程的基础上得到粗糙表面涂覆目标的雷达散射截面; 最后进行图形电磁学可视化计算, 并采用Visual C++对模型进行OpenGL显示, 提取像素面元的有效信息对所得理论进行了仿真分析, 研究了不同入射角度、不同频率、不同介质、不同粗糙度和不同涂层厚度下的太赫兹波电磁散射特性, 得到了一些有参考价值的结论.     

超光滑基片表面散射的数值研究

以一阶微分散射理论为基础,从理论和模拟两个方面对超光滑基片表面的散射电磁场进行了数值研究.分析了s偏振光和p偏振光的微分散射随入射角和散射角的分布情况.研究发现,当入射角较大时,p偏振光在某个散射方向的微分散射为0,而无论入射角和散射角如何变化,s偏振光的微分散射均大于0.当用光散射法对超光滑基片进行表面测试时,相对于...     

微粗糙硬铝表面双向反射特性实验研究

本文基于四波段双向反射分布函数测试平台,对微粗糙硬铝表面的光谱双向反射分布函数进行了实验测量,考察了微粗糙尺寸参数、入射角度和入射辐射波长对表面辐射特性的影响。测量结果显示了明显的镜反射特征,粗糙的表面结构还引起了后向反射增强现象,长波入射和大角度入射增强后向反射效应。     

光学介质薄膜表面冗余节瘤粒子的散射角分布

采用时域有限差分法研究了多因素对光学介质薄膜表面冗余节瘤粒子微分散射截面随散射角的变化规律.对光学介质薄膜表面冗余节瘤粒子复合散射进行建模,并针对典型半空间问题,对总散射场进行分解并对相应的场相位进行求解,给出网格剖分规则.将数值结果退化为冗余球体粒子,与MOM (Method of Moments)矩量法进行详细比较,验证程序的有效性.分析P偏振光入射下,入射角、长短轴轴比和镶嵌高度h对Cu和SiO_2镶嵌粒子微分散射截面随散射角的影响规律.结果表明:微分散射截面的最大峰值出现在入射角的镜面值角度;在镜向散射区域附近,对于扁平回转椭球体粒子微分散射截面随冗余节瘤粒子轴比的增大而减小,扁长回转椭球粒子的规律相反;在[-90°,-60°]散射角区域,微分散射截面与冗余节瘤粒子镶嵌高度成正比,镶嵌高度对介质粒子散射特性影响更大.     

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。     

基片与多形态缺陷粒子的复合光散射

为了给基片无损检测工程提供强有力的理论基础,提出三种形态的缺陷粒子散射模型。针对基片与缺陷粒子的半空间问题,吸收边界使用了广义完全匹配吸收层,结合三波技术引入激励源给出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于基片中的多种几何体Cu和SiO2缺陷粒子的散射场的角分布及p偏振和s偏振下镶嵌Cu球体粒子的电场分布。结果显示：角分布和场分布跟粒子形态关系密切。椭球体散射场的震荡明显比柱体场震荡激烈。在s偏振下电场强度分布差值极小,不利于通过分析场值分布特点反演缺陷特征值。因此建议工程上使用p偏振光对基片进行无损检测。     

硅片表面球形粒子散射研究

为求解硅片表面微小粒子在任意线偏振平面入射光照射下的散射光光强分布,选择了基于Mie散射的杨氏模型为依据,推导了该模型下散射光强空间分布的计算方法,并给出了0.54 μm球形粒子在垂直、倾斜入射下光强空间分布的模拟计算结果,以及入射平面第一象限内散射光强与国外已发表实验结果的比较.     

表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分

为了区分纳米量级的表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,且获得该方法的适用环境与最佳观测条件,根据瑞利散射理论结合偏振双向反射分布函数,建立了两种表面缺陷的偏振散射模型并进行了验证。在此基础上,通过仿真分析得到不同缺陷环境、不同观测条件对两种表面缺陷粒子偏振散射特性的影响。结果表明:利用p偏振光入射表面,而后探测p偏振光的双向反射分布函数值随散射方位角的变化趋势可区分两种表面缺陷;无论表面下方气泡粒子位置如何改变,均不影响该趋势的变化情况;不同光学元件表面材料、缺陷粒子种类、缺陷粒子大小对两种表面缺陷的偏振散射模型有一定影响,但整体趋势不变。实验中,针对本文所述两种表面缺陷进行区分时,可选取入射角度和探测散射角度均为45°,采用较小波长入射光进行实验。     

粗糙海面与其上方多目标复合散射的混合算法

针对粗糙海面与其上方多目标复合的情形,常用算法存在计算量过大、计算时间太长等缺点,本文采用基尔霍夫近似法与矩量法结合的混合算法可以大大简化计算量、节省时间.本文首先通过蒙特卡罗的方法模拟一维PM粗糙海面,并与粗糙海面上方多目标建立复合模型;然后对矩量法结合基尔霍夫近似法的混合算法做了详细的公式推导,得到了复合散射系数,并且分析了不同入射角、目标高度、目标间距、目标尺寸、风速等参数对复合电磁散射特性的影响.实验结果表明,针对粗糙海面与其上方多目标复合的情形,采用矩量法结合基尔霍夫近似法的混合算法不但可以保证准确性,而且可以大幅度减少计算所用时间(混合算法用时占矩量法的19%),对大尺寸粗糙面和复杂的复合模型优势尤为明显.