固体的光散射讲座 第一讲 光散射的基本理论

“固体的光散射”讲座和读者见面了．它包括光散射的基本理论、晶格振动的光散射谱、自发喇曼散射、非线性光散射、共振喇曼散射和瑞利散射．拟自本期起每期一讲,连载六期．本讲座内容丰富,读而能懂,是一个难得的专题讲座．上海交通大学方俊鑫教授为本许座的组织工作花费了很多的精力和很多的时间．方俊鑫教授在内容方面严格把关,在文章的深入浅出的写法上下了很大工夫．今天,当我们刊载“固体的光散射”讲座的时候,我们谨向方俊鑫教授和本讲座的各位作者表示深切的谢意和敬意．     

固体发动机尾焰近红外高光谱计算与仿真

首先介绍固体发动机尾焰中钾原子的来源及其在尾焰中的辐射机理,并基于原子谱线理论对尾焰钾共振双线的光谱线型特征进行分析。然后,采用理想模型及半经验公式法对尾焰流场分布进行数值模拟,通过尾焰的流场参数使用C-G近似法数值计算尾焰钾共振双线的辐射特性。最后,利用大气辐射传输模型计算尾焰中钾共振双线辐射信号经过大气传输后到达探测系统的光谱特征。结果表明,该方法能有效地仿真计算尾焰近红外钾线高光谱精细结构。仿真结果亦表明钾共振双线光谱信号能有效通过大气传输,可作为尾焰探测识别的依据。     

飞机尾焰的固体粒子红外辐射抑制效果仿真分析

对含固体粒子的气固两相尾焰红外辐射特性进行了仿真建模,并采用光线跟踪方法计算了尾焰辐射强度和辐射抑制率。设计了飞行状态尾焰流场的仿真环境和空基红外相机成像的仿真场景,通过固体粒子辐射抑制机理确定了粒子直径、粒子流量和粒子复折射率是影响辐射抑制率的主要因素。仿真计算结果表明:减小粒子直径、增大粒子流量能增强固体粒子的辐射抑制能力;增大粒子的吸收截面能增强固体粒子在气体吸收谱段的辐射抑制能力,同时降低其在非气体吸收谱段的辐射抑制能力;在某些情况下,固体粒子会增加尾焰辐射强度并改变光谱辐射特性。     

飞机尾喷焰全方位辐射强度的理论计算

本工作基于近代分予辐射理论对特定型号飞机尾喷(?)的辐射强度进行了系统计算,给出了飞机在三个飞行高度H=0,5km和10km情况下,波长λ=2.25～3.5μ和λ=4.25～5.5μ辐射强度的全方位数据。     

Mie光散射理论的数值计算方法

Mie散射级数的计算速度和精度对颗粒测量结果有着重要的影响。针对不同颗粒直径和相对折射率，一般采用前向递推，后向递推，连分式法等计算Mie散射级数。在这3种方法的基础上提出一种改进算法，即首先通过连分式法计算Mie散射级数的初始值，然后后向递推其余各值。该算法在Matlab中实现时，数据以数组的数据类型存储和调用，程序采用递归算法。通过比较计算结果发现，该算法耗时短且结果不易溢出，具有快速、稳定、不受颗粒直径和折射率范围影响等优点。     

固体中单个粒子的荧 光探测

固体中单个粒子的荧光探测是近年来激光光谱学的一项重要进展。简要介绍它的意义、实验方法和目前研究状况。     

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。     

粗糙端面光纤光散射特性的理论计算

将光纤输出端用化学方法弄粗糙,使输出激光辐射均匀,用于医学上的肿瘤治疗,在实验上已有一定进展。这里着重在理论上研究光纤粗糙端面的光散射特性,理论和实验结果相符。     

用蒙特卡罗方法计算光通过薄层随机分布粒子的散射

本文利用蒙特卡罗方法计算准直光束通过薄层随机分布粒子散射的透射和反射光强,并和输运理论的扩散近似结果做了比较。当散射接近各向同性时两者符合良好。当散射明显地成为各向异性时,蒙特卡罗方法的结果是合理的,而输运理论的扩散近似失效。     

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。     

长柱状气溶胶粒子的光散射特性

以中纬度卷云中常见的长柱状冰晶为例,利用长柱状粒子光散射理论,探讨了入射光为线偏振时,电矢量平行和垂直于入射面情况下,单个长柱状粒子的散射光强度分布和偏振特性随入射角、尺度参数与偏振态的转化关系:随着入射角的增大,散射强度、偏振总体趋于对称且数值振荡频率降低,散射强度总体减小,偏振的改变程度总体增大;随着尺度参数的增大,散射强度、偏振的数值振荡频率增大,散射强度数值振荡峰的幅度整体减小,电矢量平行于粒子长轴时主偏振的数量、强度和位置皆有变迁,电矢量垂直于粒子长轴时前后主偏振位置相对固定;随着偏振度的减小,散射强度、偏振趋向于一致,两者的数值改变程度减小,当偏振度减小到0时,散射强度、偏振变得完全相同。选取火山尘埃和烟灰与冰晶对比,阐述了粒子散射光的强度分布和偏振特性随折射率的变化规律:折射率虚部不改变散射强度的整体趋势,但使散射强度和偏振的振荡峰幅度增大,当其数值较大时,使得偏振的数值振荡峰覆盖范围拓宽。     

分形凝聚粒子的光散射特性研究

粒子的形状和凝聚对光散射特性有着很大的影响.基于分形生长的受限扩散(DLA)模型,模拟了凝聚粒子的三维空间分形结构,并采用回转半径法计算了凝聚粒子的分形维数.利用离散偶极子近似(DDA)方法研究了纳米石墨凝聚粒子的光散射特性,对于原始粒子数不同的凝聚粒子及分形结构不同的凝聚粒子,数值计算了散射强度和偏振度随散射角的分布...     

固体火箭发动机尾焰电磁波衰减试验验证技术研究

通过对固体火箭发动机地面试验现场环境及尾焰电磁波衰减近场测试技术进行研究,设计了基于矢量网络分析仪的固体火箭发动机尾焰电磁波衰减试验验证系统,介绍了尾焰电磁波衰减试验验证总体方案,现场测试方法,尾焰电磁波衰减现场测试系统硬件组成,测试系统原位校准技术,现场测试天线构建和天线位置校准方法等的研究。对构建好的测试系统进行了工程应用,并取得了良好的试验效果。     

固体的光散射讲座 第六讲 瑞利光散射及溶液中大分子动态性质的研究

四十年代以前,人们研究了气体、液体中的瑞利散射,并由散射光的角分布和偏振特性研究了大粒子、大分子的瑞利散射,测定大分子的形状和大小,研究液体的临界乳光现象.由于散射光太弱,当时只研究了完全弹性散射体的瑞利散射.四十到六十年代,研究工作进展不大.七十年代以来,由于激光技术的进步,这方面的工作有了飞跃的发展.1964年,Pecora证明了由大分子溶液的瑞利散射光的频移特住,可以得出大分子在溶液中的扩散系数,而且还可能研究大分子在溶液中的转动和挠曲.这实际上是准弹性的瑞利散射,称为动态光散射.当然,准弹性瑞利散射的频移是很小的,…     

共振光散射的时间量子理论

本文发展了Ｓｃｈｏｍｍｅｒｓ的时间观点，定义了时间，尤其是表征量子系统光散射的散射时间和共振散射时间。通过散射时间本征态的假定实现了散射时间的量子化，得到了量子化的共振散射时间。对原子的弹性光散射和Ｒａｍａｎ散射的成功应用推出了原子和原子的价电子逐级电离所形成的离子的所有原子能级的普适近似公式。     

固体的光散射讲座第五讲 共振喇曼散射

共振喇曼散射能够提供的信息和普通喇曼散射很不相同．在普通喇曼散射里,入射光频率和散射光频率并不重要,重要的是散射光对入射光的频移、光的波矢和偏振态等,人们正是根据这些信息,来研究分子、液体和固体中的激发态,这些激发态的能量最多比基态大约只高出５×１０－２ｅＶ．在共振喇曼散射里,除了上述这些信息外,入射光和散射光的频率也上升到重要的地位,只有当入射光子能量与材料体系的某个激发态能量很接近时,才?...     

固体的光散射讲座 第四讲 非线性喇曼散射

非线性喇曼散射是指由于分子的偶极矩或激活介质的宏观极化矢量与光电场强度呈非线性关系,所引起的喇曼散射过程．在自发散射过程的理论描述中,振动着的分子体系的偶极矩可以写成其中ｑ为分子振动的简正坐标,ｕ为分子体系的固有偶极矩,α（ｑ）称为分子体系的极化率,β（ｑ）等则可称为超极化率．显然,上式中第二项所引起的喇曼散射是线性的,第三项以后各项所引起的喇曼散射则属于非线性的,其中由β（ｑ）所引起的喇曼?...     

α粒子散射实验的理论模拟

本文在α粒子一次散射理论的基础上,进一步考虑了第二个原子对散射概率的贡献,建立了散射角与各散射参数间的关系.通过改变α粒子的入射能量以及两原子的位置参量,较好地模拟了各种情况下的散射概率随散射角的分布情况.     

高聚物固体与液晶的小角光散射研究

小角光散射（ＳＡＬＳ）是利用由于物体内极化率的不均一性引起的散射来研究结构的一种方法,散射测量的角度通常在１０°以内．１９５９年Ｐｌａｚａ和Ｓｔｅｉｎ［１］第一次用ＳＡＬＳ方法研究了聚乙烯薄膜并得到了反映球晶结构的典型散射图象．自此以来,由于激光技术的发展和小型激光器普遍使用,使得ＳＡＬＳ的实验工作大为方便．理论研究的进展又使从散射图象能得到的信息日益丰富．ＳＡＬＳ方法和各种显微镜技?...     

基于不规则衍射理论的冰晶粒子的光散射研究(英文)

在不规则衍射理论的基础上,分析了从可见光到近红外波段冰晶粒子的光散射特性。计算了粒子尺度为20μm,50μm,80μm的五种典型冰晶粒子的消光效率因子和吸收效率因子。最后,为了评估不规则衍射理论的精确性,与有限时域差分法和几何光学法进行了比较。