Mie‐Resonant Membrane Huygens' Metasurfaces

All‐dielectric metasurfaces have become a new paradigm for flat optics as they allow flexible engineering of the electromagnetic space of propagating waves. Such metasurfaces are usually composed of individual subwavelength elements embedded into a host medium or placed on a substrate, which often diminishes the quality of the resonances. The substrate imposes limitations on the metasurface functionalities, especially for infrared and terahertz frequencies. Here a novel concept of membrane Huygens' metasurfaces is introduced. The metasurfaces feature an inverted design, and they consist of arrays of holes made in a thin membrane of high‐index dielectric material, with the response governed by the electric and magnetic Mie resonances excited within dielectric domains of the membrane. Highly efficient transmission combined with the 2π phase coverage in the freestanding membranes is demonstrated. Several functional metadevices for wavefront control are designed, including beam deflector, a lens, and an axicon. Such membrane metasurfaces provide novel opportunities for efficient large‐area metadevices, whose advanced functionality is defined by structuring rather than by chemical composition.     

舰船远程尾流气泡群的前向光散射特性研究

利用Mie理论计算了舰船尾流气泡群的归一化体散射函数和散射能量分布函数,分析了尾流气泡群的前向光散射特性。计算和分析结果表明,气泡群的前向散射光强度远大于后向散射,前向散射能量占总散射能量的90%以上;散射能量分布函数在小于1°的前向小角度散射角范围内迅速增加到40%以上,然后随散射角的增加缓慢增加;气泡表面附着的有机膜会显著地增强气泡群的后向散射,但对前向散射的影响不大。     

海底激光雷达悬浮颗粒粒径分布反演方法的研究

在激光雷达海洋探测技术中,为了实时监测海水中悬浮颗粒物粒径分布,需要对激光雷达接收信号进行处理和反演计算。根据Mie散射理论,用聚苯乙烯粒子作为研究样本,取三种不同粒径的聚苯乙烯粒子,分别配制不同浓度的溶液、测量了不同散射角、不同光波长下的散射系数随浓度的变化关系。测量结果表明:在散射角为15°,光波长范围为450 nm~700 nm时,散射系数与浓度具有很好的单调递增性;对1∶1∶1 的三种粒径聚苯乙烯溶液进行了测量,结果说明混合物散射系数与同种浓度下三种单粒径的散射系数之和基本一致,具有很强的线性相关性;通过实验与理论比较,在适合波段内,反演误差小,反演精度较高。     

Mie散射激光雷达研究成都地区大气边界层特性

基于Mie散射激光雷达,对成都地区大气边界层结构随时间的变化特性进行了研究.利用Mie散射激光雷达测量大气回波信号,由改进的Klett算法反演获得大气后向散射系数,应用误差函数拟合法并参照位温廊线获得并分析了成都地区大气边界层高度以及卷夹层厚度等特性.     

舰船尾流散射特性的研究

利用Mie理论计算了单个气泡和舰船尾流横截面内气泡群的体散射函数.计算结果表明尾流中心的后向散射高于尾流边缘的.舰船尾流横截面内气泡群的散射与气泡大小,气泡尺寸分布和尾流深度有关系;在散射角180°附近后向散射增强显著;在散射角60°～80°之间,气泡群的散射相对于相邻角度有所增强.     

Mie散射理论测量粒子系复折射率的透射方法

粒子的光学常数并不等同于构成粒子材料的光学常数,而通过粒子光谱复折射率数据,研究粒子及聚集粒子系的辐射特性,不仅对辐射物性的研究具有较高的理论意义,而且具有广泛的实际应用价值。粒子的复折射率不能直接通过实验测量(没有直接测量的仪器),须由实验测定其他量,然后结合相应的理论模型反求,属反问题研究。用简化的Mie散射理论及Kramers-Kronig关系式,利用傅里叶红外光谱仪对Al2O3粒子及煤灰粒子进行透射率实验测量,结合相应的理论模型,反演Al2O3粒子及煤灰粒子的复折射率。并对透射率实验误差对反演结果的影响进行了分析。     

近地大气532 nm激光散射的实验与计算

通过实验测出532 nm激光在近地大气的角散射系数,对Junge和Deirmendjian两种模型的气溶胶系统在不同的系统参数、不同的折射率的情况下的散射相函数进行了计算,发现与实验所测得的曲线有明显的差异,这两种模型都不存在散射次极峰.通过对不同半径粒子的散射相函数的计算,说明实验所测的气溶胶系统在粒子尺寸较大的区间的密度要比Junge和Deirmendjian两种模型的密度要大得多,在假定大粒子服从正态分布的前提下,拟合出了气溶胶的分布函数.     

基于Mie 散射理论水雾介质红外辐射衰减的校正研究

水雾环境对红外辐射有着较强的衰减作用。在工业生产中水雾环境十分常见, 连铸二冷区铸坯的冷却装置采 用的就是人工水雾系统, 而准确掌握连铸二冷区铸坯表面温度对提高产品质量的稳定性具有重要意义。针对二冷区 大量水雾对连铸坯表面非接触式测温存在干扰的问题, 提出了一种基于 Mie 散射理论的校正方法。首先根据现场使 用的气水喷嘴进行模拟实验, 分析现场水雾的水流分布, 建立水雾状态模型; 然后分析水雾状态模型下红外辐射的衰 减特性, 通过模拟试验计算得到相应的消光系数, 并利用朗伯比尔定律得到红外辐射衰减的校正因子, 将校正因子添 加至非接触式红外测温系统中进行实时温度值的校正。研究表明, 通过校正因子的导入能够有效地提高非接触式红 外测温系统的精度。     

Mie散射激光雷达研究成都地区大气边界层结构

基于Mie散射大气激光雷达,对成都地区大气边界层结构随时间变化的特性进行了研究。首先,应用Klett算法对大气激光雷达回波信号进行了反演,得到大气消光系数和后向散射系数。然后,通过对大气后向散射系数曲线进行拟合得到大气边界层混合层高度以及卷夹层厚度等特征参量。基于实测数据对成都地区大气回波信号进行了反演,结果表明,成都地区大气边界层混合层高度较低,卷夹层厚度较薄,且随时间变化的趋势较缓慢,这与成都地区特殊的地理状况有关。     

基质折射率对金属粒子散射特性的影响

基于Mie散射理论,给出了金属粒子的散射、吸收和消光截面以及散射场强度的计算公式,并计算了三种金属(金、银、铜)粒子在不同折射率基质中的光学截面和散射强度.结果表明,在近红外区,这三种金属粒子的散射行为随基质折射率的变化规律相同,折射率越大散射特性越明显.