含有密集随机分布内核的椭球粒子光散射特性研究

给出了一种结合射线追踪和蒙特卡罗方法计算含核粒子光散射的方法,内核粒子可以为稀疏分布也可为浓密分布.粒子外边界的反射和折射由射线追踪方法计算,而粒子内部的多次散射过程由蒙特卡罗方法模拟;当内核粒子为浓密随机分布时,其单次散射特性由基于静态结构因子（static structure factor）的浓密介质光散射理论计算.最后讨论了含核椭球粒子模型的单次散射特性. 关键词： 射线追踪技术 蒙特卡洛方法 光散射 椭球粒子     

抽运能量对受激布里渊散射光限幅特性的影响

采用布里渊噪声起源模型,数值模拟了受激布里渊散射介质CCl4对波长1064nm的Nd：YAG纳秒激光脉冲的传输特性及光限幅特性。入射抽运脉冲能量较低时,非线性介质对纳秒激光脉冲呈光学透明。入射抽运脉冲能量高于受激布里渊散射产生阈值后,透射脉冲峰值受限,脉宽压缩,能量趋于饱和,说明该光学系统同时具有光功率限幅和能量限幅的光限幅特性。利用理论模型模拟了如下光限幅参量：透射脉冲峰值功率、透射能量、能量透射率、脉宽压缩率依赖抽运光能量的变化关系。相应的理论模拟计算结果由实验进行验证,实验结果与理论模拟相符合。     

两种按比例混合颗粒系的多次散射模拟

一种颗粒与其他种类的颗粒混合后, 会使其散射特性发生变化, 本文研究了水云中混有黑炭气溶胶后的散射特性变化. 根据Mie理论计算了水云和黑炭气溶胶散射相函数、单次散射反照率和不对称因子. 给出了混合颗粒系的蒙特卡罗模拟方法, 给出了颗粒碰撞类型抽样、自由程抽样和根据Mie相函数进行散射方向抽样的方法. 计算了光垂直入射时, 水云和黑炭气溶胶混合颗粒系的反射光强随观测角的变化, 并计算了平面反照率随入射角的变化, 讨论了黑炭气溶胶的有效半径、混合比例对整个混合颗粒系散射特性的影响. 计算结果表明, 水云中混合黑炭会加强其吸收, 且黑炭的比例和尺寸不同其散射特性差异较大.     

空间差分格式对有限体积法数值散射的影响

数值散射是辐射传递方程近似算法中最常见的离散误差。本文主要讨论空间差分格式对有限体积法数值散射的影响。构造激光平行及倾斜入射的物理模型,验证和比较阶梯格式、中心差分格式及指数格式下温度场的计算精度及数值散射特性。计算结果表明,在激光平行入射与倾斜入射两种情况下,阶梯格式引起的的数值散射比菱形格式及指数格式要多,但其计算精度高于菱形及指数格式。不同激光入射条件下,各种差分格式表现出的数值散射分布有明显的差异。     

高斯光束在双层云中传输的蒙特卡罗模拟

基于辐射传输理论, 利用蒙特卡罗方法模拟了无限窄(冲击函数)准直光束入射到典型水云以及冰水双层云时的后向散射特性, 进而将得到的冲击响应与高斯光束卷积, 得到高斯光束在云层中传输的多次散射特性. 文中给出了两种波束入射时水云以及冰水双层云的反射函数随径向r和天顶角α的变化关系, 并给出了光强在云层内部的二维分布图. 计算结果表明, 高斯光束入射时, 云层反射函数的特点与无限窄准直光束入射时有较大区别. 因此在利用激光雷达进行云层探测时需要考虑激光的散斑, 文中的方法可以为此提供理论依据.     

硫酸钡微球掺杂聚碳酸酯材料的光散射特性模拟分析

基于多重米氏(Mie)散射理论和蒙特卡罗(Monte Carlo)方法, 对掺杂硫酸钡(BaSO4)微球体的散射型聚碳酸酯(PC)光散射材料进行了数值模拟。研究了BaSO4粒子粒径、浓度及样品厚度等光学参量对PC材料透光率、扩散率、照度角分布等光学性能的影响, 并进行了设计评估。通过比较不同材料参数下光散射材料光学性能的差别, 总结出了获得良好光学性能所需的合适材料参数。模拟结果为高性能光散射材料的实验制备提供了理论参考。     

二氧化硅粉尘对有形激光的反射和透射特性研究

利用蒙特卡罗方法研究了二氧化硅粉尘层对无限窄准直光束的反射和透射特性,根据Mie理论计算了单次散射相函数,并利用其对光子散射方向进行了抽样,分析了消光系数和粒子尺寸对粉尘层反射和透射特性的影响,对于浓度较大的粉尘层,激光在传输过程中,其光斑的大小和形状将对散射特性产生影响,将无限窄准直光束入射情况下的散射函数作为脉冲响应,与有形激光光束进行卷积,得到有形激光束入射情况下的多次散射特性,研究了高斯形和圆盘形两种激光光束入射时,光斑形状和大小对散射特性的影响。     

二维海面上舰船目标电磁散射及合成孔径雷达成像技术研究

研究了二维海面上三维金属目标的电磁散射计算以及合成 孔径雷达(SAR)成像技术. 基于物理光学法、几何光学法和射线弹跳法计算了海 面与目标镜面反射及相互耦合作用; 并用等效电流法计算了目标的棱边绕射作用, 该方法考虑了阴影效应,同时为了消除人为截断引起的边缘衍射, 采用锥形入射波入射. 应用蒙特卡罗法生成的Pierson-Moskowitz谱粗糙面模拟实际海洋面, 计算海面上立方体及舰船的双站雷达散射截面, 通过与数值算法的结果相比较, 验证了该算法的正确性. 运用该解析法快速获取不同频率、 不同角度入射波照射下海面与目标的复合后向散射场数组, 结合SAR成像技术, 得到海面上立方体以及不同姿态舰船目标的SAR成像结果. 该研究成果在实际海洋遥感、海面上军事目标的探测与识别 等领域中具有重要的应用价值.     

光学相干层析信号的模拟分析与计算

对传统的模拟介质散射响应函数的蒙特卡罗算法的计算过程进行了改进，提出光子不可分割的假设，这样可以避免人为选定光子被吸收阈值的不确定性；同时采用双曲线法模拟入射高斯光束，解决了对表面为非平面介质的传输信号进行模拟的问题.通过对盖玻片（平面）与眼角膜（曲面）的光学相干层析探测信号及层析图的数值模拟，并与相应实验结果进行比较，证实了该方法与假设的可行性. 关键词： 光学相干层析 蒙特卡罗法模拟 散射     

基于成像法的气溶胶粒形和散射分析仪

粒形是影响气溶胶粒子光散射特性的基本参量,其定量信息的研究受到越来越多的关注。气溶胶粒形的常规测量手段为散射法和显微成像法。将散射法与显微成像法有机结合,提出了基于成像法设计气溶胶粒形和散射分析仪的新方案,实现了仪器测量的自身完善。利用自编的无限长圆柱理论的仿真程序,分析了线偏振光入射下,已知形状的单个棉絮纤维粒子的散射强度和偏振。实验数据和程序运算结果的比较表明,用该方法设计的分析仪的检测是可靠的。     

Residual polarization of non-coherently backscattered linearly polarized light: the influence of the anisotropy parameter of the scattering medium

The effect of preservation of the residual polarization of backscattered light in the case of multiply scattered disordered media illumination by a linearly polarized plane wave is examined using the path-integral approach and Monte Carlo simulation. Disordered ensembles of non-interacting dielectric particles are considered as the model of scattering media. The influence of the anisotropy parameter of the scattering system on the degree of residual polarization is analysed. Experimental results obtained for various scattering systems at different wavelengths of illuminating light are in satisfactory agreement with the results of theoretical analysis and Monte Carlo simulation. The dependence of statistical properties of the polarization states of backscattered field partial components, such as probability distributions of ellipticity, on the anisotropy parameter is studied.     

Monte Carlo Simulation of Optical Properties of Wake Bubbles

Based on Mie scattering theory and the theory of multiple light scattering, the light scattering properties of air bubbles in a wake are analysed by Monte Carlo simulation. The results show that backscattering is enhanced obviously due to the existence of bubbles, especially with the increase of bubble density, and that it is feasible to use the Monte Carlo method to study the properties of light scattering by air bubbles.     

体散射液晶导光板的光线追迹模拟

体散射集成导光板是一种新型的液晶背光照明系统设计。基于多重米氏(Mie)散射理论和蒙特卡罗(Monte Carlo)顺序抽样方法,对该类型导光板进行了光线追迹模拟计算与仿真设计。研究了填充粒子材料、粒径、浓度及导光板几何结构等光学参量对输出光强面分布均匀性、照明角度等背光性能的影响,并进行了初步的实验验证及设计评估。研究表明,各光学参量十分敏感,且相互制约,必须进行大量的优化计算才能获得符合实际需要导光板设计方案。导光板输出光面分布的均匀度主要由填充粒子浓度决定,视角特性主要由导光板尺寸,特别是底面倾角决定,色散程度则主要和填充粒子的直径和折射率有关。     

Determination of g and mu using multiply scattered light in turbid media

We propose an inversion scheme to reconstruct the scattering coefficient mu and the anisotropy factor g that characterize the optical properties of a turbid medium. It is based on a theory for the scattering of light inside the medium from an angularly collimated light source. We demonstrate the feasibility of this method using light scattering data obtained from a Monte Carlo simulation.     

A Monte Carlo approach for the calculation of polarized light: application to an incident narrow beam

Monte Carlo approaches to compute multiple scattering of polarized light are examined. A Backward Monte Carlo (BMC) method is developed to solve the Stokes vector of the multiple scattered light for an inhomogeneous scattering medium with boundaries. A generalized form of the BMC method in vector notation is proposed. This method can determine the scattered light with sufficient accuracy in both intensity and polarization compared to the same calculation using the doubling-adding method for a plane parallel medium.For application to a narrow incident beam and an inhomogeneous medium, a modified BMC method is developed, borrowing a concept from the Forward Monte Carlo (FMC) method for the first scattering events. Furthermore, a modification of the total scattering matrix, i.e., the combination of the derived scattering matrix with its time inverse, is discussed. This BMC method can be used successfully for model calculations of lidar and other laser measurements of polarized light.     

水下光场的蒙特卡罗法求解

水下光场分布对水下光电成像质量具有决定性的影响,通过水下光场分布可以得到水下图像的传输退化模型。在给定水体光学参数的前提下,建立光子水下传输概率模型,利用Monte Carlo法模拟光子在水下的运动,可以获得水下光子散射点体积密度分布,求解出水下光场;在水体体散射函数为球形对称的条件下,利用Monte Carlo法得到的水下光场分布与理论公式的计算结果具有很好的一致性,验证了该方法的有效性;最后给出了水下理想点光源形成的水下光场分布。基于此结论,可以将Monte Carlo法求解水下光场的应用范围推广至水体体散射函数为一般表达式的情形。     

Monte Carlo方法模拟非直视紫外光散射覆盖范围

针对大气中紫外光散射通信的特点, 用Monte Carlo方法对紫外光非直视(NLOS) 通信三种工作方式的覆盖范围进行分析, 建立了基于Monte Carlo方法的NLOS紫外光传输模型.利用Monte Carlo模拟方法对三种NLOS散射方式的单次和多次散射路径损耗及覆盖范围进行模拟研究, 结果表明, 多次散射和单次散射的路径损耗基本一致, NLOS(a) 类全向发送全向接收通信方式覆盖范围最小但全方位性好, NLOS(b) 类定向发送全向接收通信方式的覆盖范围较大但有一定方向性, NLOS(c) 类定向发送定向接收通信方式的覆盖范围最大但有很强的方向性.     

用Monte Carlo方法模拟闪锌矿相ZnS电子的输运特性

用Monte Carlo方法模拟闪锌矿相(zinc blende)ZnS电子的输运特性.实验采用的是非抛物线模型计算电子的能带结构,模拟包含了声学声子散射,极性光学声子散射,压电散射,电离杂质散射,能谷间散射以及自散射等散射机理.通过模拟得到了ZnS材料的平均漂移速度、平均电子能量随电场强度变化的曲线图,以及总散射率随电子能量变化图,并将结果与文献报道的模拟结果[1]进行比较得出:本实验方法具有模型简单,计算速度快,获得结果比较准确的优点.     

低场低能区金刚石内载流子飞行时间的蒙特卡洛模拟

金刚石是一种重要的宽禁带半导体材料,对金刚石内载流子输运过程的研究将有助于了解金刚石用作各种电子器件的潜能。利用Monte Carlo模拟方法,研究了在低场低能区金刚石内载流子的飞行时间。在模拟中考虑了抛物线型能带模型和声学声子散射机制,以及样品对光的吸收和载流子在Brillouin区边界的Bragg反射。通过模拟,得到了低场低能区金刚石材料内载流子的飞行时间分布,并与相关的实验结果进行了比较分析,验证了该模拟模型的正确性。研究结果表明,在低场低能区,金刚石材料内主要的散射机制是声学声子散射。在研究金刚石材料内载流子的迁移输运问题时,可以采用较为简单的抛物线型能带模型,但在研究薄样品中的载流子输运时应当考虑材料的光吸收对初始载流子分布的影响,而且在场强较高以及样品厚度较大时,应当考虑载流子在Brillouin区边界的Bragg反射。     

Experimental and numerical study on simultaneous effects of scattering and absorption on fluorescence spectroscopy of a breast phantom

Detection of dysplastic lesions can decrease morbidity and mortality caused by cancer. The fluorescence spectroscopy is a noninvasive method of detecting dysplasia in several organs. During dysplastic progression, fluorescence intensity of spectrum is changed due to variation in absorption and scattering coefficients of tissue. In this work we have experimentally verified simultaneous effects of scattering and absorption coefficients on fluorescence intensity of different tissue like phantoms with the same optical properties as the human breast ductal carcinoma. The results are compared with those obtained by Monte Carlo simulation and good agreement between them is observed. This provides an important detecting method to discriminate dysplastic tissue from normal tissue.