双光束任意入射各向异性涂层球的散射特性

基于广义洛伦兹-米理论,研究两个聚焦的高斯光束沿着任意方向入射单轴各向异性涂层球的散射特性。基于球矢量波函数的正交特性,推导得到双高斯光束的球矢量波函数展开表达式。通过引入傅里叶变换,求解得到各向异性涂层区域内的电磁场展开式,将涂层球各区域的电磁场用球矢量波函数展开,再结合边界条件,得到沿任意方向传播的双高斯光束入射到涂层球的散射系数和雷达散射截面。数值模拟了雷达散射截面随散射角变化的分布,将单轴各向异性涂层球退化为单轴各向异性球时的散射结果与文献进行对比,结果十分吻合。分析双光束的入射角、粒子内半径、涂层厚度与内半径的比值、电和磁各向异性对散射强度及其散射角分布的影响。该理论和数值分析能够为激光对涂层颗粒的探测、散射以及光学操作提供有益帮助。     

随机取向双层椭球粒子偏振散射特性研究

基于T矩阵方法,给出了随机取向、轴对称、含核椭球粒子的散射计算方法.散射体的核和外壳均可为非球形粒子,整个粒子具有轴对称性.以含核椭球粒子为模型,计算了含有吸收性内核(黑炭,black carbon)的水凝物气溶胶的散射特性,分析了核的大小、形状对消光系数、散射系数、吸收系数、不对称因子、单次散射反照率以及Muller矩阵等的影响. 关键词： 光散射 T矩阵 Muller矩阵 椭球粒子     

群聚球形粒子极化散射的T矩阵数值模拟

对于不小于波长或可与波长相比的大粒子集合性的相干散射,要求严格求解多次散射的Maxwel方程。作者利用多个粒子多次散射的严格的T矩阵公式,发展了数值模似算法,求出非均匀群聚分布的球形粒子相干极化散射在全方位上的数值结果,研究了群聚粒子相干极化散射的特征表现,并与双球粒子散射的实验结果作了很好的比较。     

链式生物分子电磁(光)散射的T矩阵方法

具有生物蛋白酶主要功能的较小型分子集团的酶模型的人工设计,是生物有机化学家的重要研究方向。通过非接触、非破坏性的电磁散射的方法对物质结构特性进行研究是物理学的常用方法。本文模拟了具有Koch曲线形式的分形链式结构。用T矩阵的方法,研究了该分子集团的电磁散射特性。对这一不同领域的研究问题进行了有益的尝试。     

若干特殊函数在T矩阵求解散射场时的编程实现

本文介绍用T矩阵方法来计算表面缺陷散射场时所用到的几个特殊函数的计算机数值编程方法。主要是球贝塞耳函数的算法、球汉克函数的算法、函数dn0m(θ)的算法和T矩阵的算法。所用编程语言为Delphi6.0。     

散射场展开项中截断系数N取值的考虑

本文讨论了用T矩阵求解散射场时,散射场展开项截断系数n取值的问题。取值的原则是既要保证T矩阵方法的计算精度也要保证计算的收敛性。     

雨滴对电磁波的散射特性研究

由于重力和向上气流的作用,高速摄影显示较大的雨滴在降落过程中表现为一底部扁平、顶部圆滑的非球形对称体,已有的模型中BC模型(由Beard和Chuang提出)被认为能准确描述雨滴的形状。本文利用沿降落方向旋转对称的扁椭球体和均匀球体模拟降落中的雨滴,扁椭球体的短轴(旋转轴)与BC模型的相等,长轴通过与BC模型截面积等效法确定;利用T矩阵方法研究了水平取向的旋转扁椭球体和BC雨滴模型的散射特性,利用Mie理论计算了均匀球的散射特性,比较了半径分别为2 mm和3 mm大小的三种雨滴模型对94 GHz电磁波斜入射时的单次散射相矩阵,以及对频率为30 GHz~100 GHz电磁波的单次散射反照率,最后讨论了半径为0.5 mm~3.5 mm雨滴对35 GHz和94 GHz的后向散射函数。计算结果表明,利用均匀球模拟雨滴将带来较大误差,而利用截面积等效的旋转扁椭球体模型可以较好地模拟雨滴的散射特性。     

金属类散射体的Mie散射特性研究

基于Mie散射理论研究发现,各种金属在中红外区的的散射行为极为相似,是一种反照率极高但散射效率极低的散射体,数值研究揭示了这类散射体系的光学截面以及散射强度的分布的内在联系.     

典型雾霾粒子及团簇的散射吸湿增长特性

为探究雾霾粒子吸湿性引起的散射吸湿增长特性,基于雾霾粒子湿度增长模型,利用Mie散射理论和多球T矩阵计算方法,详细研究了硫酸、硫酸铵、沙尘、硝酸铵以及碳质气溶胶5种典型雾霾粒子及其团簇在入射波长为532 nm、相对湿度在60%～95%范围内的散射吸湿增长特性。研究结果表明:对单一雾霾粒子,硫酸、硫酸铵以及硝酸铵这类二次水溶性无机粒子及其团簇的散射吸湿增长较突出,沙尘较为平缓,而碳质气溶胶则呈现抑制作用,同时,小粒径粒子的散射吸湿增长因子呈指数增长,而大粒径粒子则呈波动、负增长趋势;对于雾霾粒子的团簇,散射吸湿增长因子曲线整体增幅减小,粒子团簇的体积分数对散射吸湿的影响明显,随着体积分数的增加,散射吸湿增长因子曲线的波动频率增大,同时振幅减小,但整体呈现的吸湿增长还是由团簇粒子的粒径范围与成分决定,其中团簇粒径范围影响较大。这为探究雾霾粒子散射吸湿增长特性和研究大气污染提供了理论支持。     

含核椭球粒子后向散射特性研究

基于T矩阵方法,给出了随机取向、轴对称、含核椭球粒子的散射计算方法,散射体的核和外壳均可为非球形粒子,内层粒子和外层粒子可以为同心也可为不同心,整个粒子具有轴对称性.以含核椭球粒子为模型,计算了含有吸收性内核的水凝物气溶胶的散射特性,分析了核的大小、形状以及位置对后向散射的影响.计算结果表明,后向散射对内核的形状、大小...     

随机非球形粒子全极化散射的时间相关Mueller矩阵解

从与时间相关的矢量辐射传输方程推导一阶Mueller矩阵解,用来模拟Gauss型平面脉冲波入射下,一层随机、非均匀取向非球形粒子的全极化双站散射.数值计算了同极化和去极化脉冲响应,与入射脉冲进行了比较,说明了随机介质的物理参数,如粒子的取向和占空比、入射角、极化以及层厚等对脉冲响应的影响 关键词： 平面脉冲波 非球形粒子 Mueller矩阵     

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。     

应用改进的特征基函数法和自适应交叉近似算法快速分析导体目标电磁散射特性

特征基函数的构造是特征基函数法的关键步骤之一, 传统方法在构造特征基函数时, 需要在每个子域设置足够多的入射波激励, 生成的特征基函数个数较多, 奇异值分解时间较长. 为了加快特征基函数的构造, 本文提出了一种改进的特征基函数法. 该方法充分考虑每个子域之间的耦合作用, 求出每个子域的次要特征基函数, 从而降低入射波激励的个数, 大大减少了特征基函数的个数; 并且结合自适应交叉近似算法加速阻抗矩阵元素的计算, 提高了次要特征基函数求解和缩减矩阵构建过程中的矩阵矢量相乘的速度. 数值结果证明了本文方法的精确性和高效性. 关键词： 电磁散射 矩量法 特征基函数法 自适应交叉近似     

大尺度分层介质粗糙面电磁散射的特性研究

首先建立大尺度分层介质粗糙面散射的物理模型, 基于Stratton-Chu积分方程和Kirchhoff近似导出了粗糙面散射场的计算公式. 采用高斯随机粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面, 通过数值计算得到了正下视单站雷达接收到的后向散射回波. 理论推导了散射场强度与表面粗糙度之间的定量关系, 并从数值仿真的角度分析了表面和次表面的粗糙度对散射回波的影响, 给出了散射场随粗糙度变化的曲线. 最后考察了分层介质的电特性参数(介电常数和电导率)对分层粗糙面散射场的影响, 并对计算结果做出了分析.     

紧聚焦条件下相干反斯托克斯拉曼散射信号场的矢量分析

在相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)显微镜中,共线传输的紧聚焦高斯光束激发具有不同形状和尺寸的待测样品所产生的CARS信号场的空间分布决定了整体系统的结构特点.建立了紧聚焦条件下球形样品产生CARS信号场的理论模型.利用矢量波动方程分析了紧聚焦条件下线偏振的高斯光束的光场强度和相位分布.利用格林函数求解该模型中CARS信号场的矢量波动方程,模拟计算得到了不同直径球形样品的远场CARS信号场的空间分布.理论分析和模拟计算结果表明,对于小体积的球形样品,前向和背向传输的CARS信号场强度接近,因此采用大数值孔径物镜背向探测方式即可获得高对比度图像.对于大体积球形样品,CARS信号场的强度大幅增强,且发射方向主要集中在前向的一定立体角内.因此,采用小数值孔径物镜即可有效收集前向传输的CARS信号.     

具有二维fBm特征的分层介质粗糙面电磁散射的特性研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,推出了不同极化状态下的双站散射系数公式.采用二维fBm分形粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合二维fBm分形粗糙面的功率谱导出了平面波入射二维fBm分形分层介质粗糙面的散射系数计算公式.通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了分维、底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度及入射波频率对双站散射系数的影响,得到了二维fBm分形分层介质粗糙面散射系数的分维特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征. 关键词： 电磁散射 二维fBm分形粗糙面 分层介质 微扰法     

Research on the acoustic scattering function and coherence properties from rough seafloor based on finite element model

Acoustic scattering from a rough sea bottom is recognized as a main source of reverberation. In this study, scattering properties from a layered bottom were exploited based on the finite element model. The scattering strength and loss from the layered rough seabed were investigated by ensembling the realizations of rough interface. They were found to be dependent on the thickness of sediment, and interference was significant in the case of thin sediment. Through verification of the finite element model, the scattering loss could be evaluated using the Eckart model with a proper sound speed in the thick sediment. The multiple scattering effect on the sound field was also exploited. It revealed that the effect depended strongly on the bottom type.     

粗糙体目标激光束散射场的互相关函数统计特征

依据高斯波束体目标散射特征,研究了粗糙体目标高斯波束散射场量的互相关函数统计特征。在激光波束入射下,通过数值方法讨论圆球类目标、不同半径、不同材料、不同入射波束极化等条件下,散射场量的互相关函数随散射角变化情况。数值计算结果表明：金属薄膜材料比非金属镀漆材料互相关函数量值要大,金属材料球体目标的后向散射互相关函数值较大,而非金属镀漆材料球体互相关函数值较小。材料表面的粗糙度和目标尺寸对互相关函数影响较大,而入射光的极化方式对相关函数有影响但影响较小。     

Investigation on electromagnetic scattering from rough soil surface of layered medium using the small perturbation method

Electromagnetic scattering from a rough surface of layered medium is investigated, and the formulae of the scattering coefficients for different polarizations are derived using the small perturbation method. A rough surface with exponential correlation function is presented for describing a rough soil surface of layered medium, the formula of its scattering coefficient is derived by considering the spectrum of the rough surface with exponential correlation function; the curves of the bistatic scattering coefficient of HH polarization with variation of the scattering angle are obtained by numerical calculation. The influence of the permittivity of layered medium, the mean layer thickness of intermediate medium, the roughness surface parameters and the frequency of the incident wave on the blstatic scattering coefficient is discussed. Numerical results show that the influence of the permittivity of layered medium, the mean layer thickness of intermediate medium, the rms and the correlation length of the rough surface, and the frequency of the incident wave on the bistatic scattering coefficient is very complex.