不同空间取向冰晶粒子的光散射

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作者 任神河 高明 +2 位作者 王明军 李艳 曹元卓 《红外与激光工程》 CSCD 北大核心 2024年第12期110-126,共17页

云层中不规则的小冰晶极大地干扰和阻碍了地空链路激光通信、激光雷达探测。构建了椭球、六角平板、正四面体三种单个含核粒子模型以及椭球-六角平板、椭球-四面体、六角平板-四面体和椭球-六角平板-正四面体四种组合结构粒子模型,考虑... 云层中不规则的小冰晶极大地干扰和阻碍了地空链路激光通信、激光雷达探测。构建了椭球、六角平板、正四面体三种单个含核粒子模型以及椭球-六角平板、椭球-四面体、六角平板-四面体和椭球-六角平板-正四面体四种组合结构粒子模型,考虑冰晶粒子的核壳结构,研究了空间取向对光散射的影响;以正四面体冰晶粒子为例,计算了不同空间取向的光散射特性,与空间取向的散射平均值曲线进行差值统计,给出了不同结构模型仿真计算时所需空间取向的最小值。研究表明:粒子取不同的空间取向,消光效率、散射效率的最大计算偏差达到60%;根据计算的精度要求,单个粒子和组合粒子仿真计算时至少需要取3000个方位。考虑到自然界中冰晶粒子的复杂多变性和运动随机性,研究冰晶粒子光散射,我们应该尽可能丰富粒子形状,考虑足够的空间方位,提高仿真计算的准确性。研究结果为进一步研究复杂含核结构冰晶粒子的光散射提供支持。 展开更多

关键词 光学工程 光散射 离散偶极子近似方法 空间取向

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太赫兹波段下切比雪夫粒子散射特性研究

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作者 徐怡 王金虎 +1 位作者 金文雨 丁江乔 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期346-354,共9页

为探究太赫兹波段下沙尘粒子的散射特性,本文采用离散偶极子近似方法对不同切比雪夫模型(Chebyshev)的沙尘粒子散射特性进行研究。分别计算1.5 THz、2.524 THz、3.437 THz频率下的切比雪夫粒子不同物理性质如粒子尺寸、粒子形状,对其散... 为探究太赫兹波段下沙尘粒子的散射特性,本文采用离散偶极子近似方法对不同切比雪夫模型(Chebyshev)的沙尘粒子散射特性进行研究。分别计算1.5 THz、2.524 THz、3.437 THz频率下的切比雪夫粒子不同物理性质如粒子尺寸、粒子形状,对其散射特性如后向散射截面(C_(bak))、衰减截面(C_(ext))、散射截面(C_(sca))、单次散射反照率(ω)等的影响。结果表明:同一波纹参数下,1.5 THz时粒子尺寸对Cext和Csca的影响较大;2.524 THz时粒子尺寸变化对C_(bak)影响较大;同一频率下,波形参数为2~5的粒子尺寸变化对各光学截面的影响较其他形状有明显不同;三个频率下,各波纹参数的粒子在有效半径大于10μm时单次散射反照率都大于0.95。 展开更多

关键词 切比雪夫粒子 离散偶极子近似方法 散射特性 波纹参数

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激光在随机分布烟尘团簇粒子中的衰减特性 被引量：7

3

作者 类成新 吴振森 +1 位作者 张化福 刘汉法 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1021-1025,共5页

基于分形理论,采用团簇—团簇凝聚模型对随机分布烟尘团簇粒子的分形结构进行了模拟.利用离散偶极子近似方法研究了不同类型的随机分布烟尘团簇粒子的单次散射特性.利用蒙特卡罗方法研究了激光信号在随机分布烟尘团簇粒子中的传输衰减特... 基于分形理论,采用团簇—团簇凝聚模型对随机分布烟尘团簇粒子的分形结构进行了模拟.利用离散偶极子近似方法研究了不同类型的随机分布烟尘团簇粒子的单次散射特性.利用蒙特卡罗方法研究了激光信号在随机分布烟尘团簇粒子中的传输衰减特性.讨论了入射角、激光波长、烟尘粒子数密度以及组成单个烟尘团簇粒子的原始微粒粒径和数目等参量对激光衰减特性的影响.研究结果对激光在复杂随机介质中的传输衰减特性分析提供了理论依据. 展开更多

关键词 烟尘团簇粒子 离散偶极子近似方法 蒙特卡罗方法 衰减特性

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红外波段气溶胶粒子光学特性的数值计算 被引量：9

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作者 刘亚锋 黄朝军 娄本浊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期1605-1609,共5页

气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分,气溶胶粒子的光学特性是研究红外遥感、目标探测等激光传输特性的一个关键问题。依据粒子电磁散射理论,利用离散偶极子近似方法对不同形状、不同成分气溶胶粒子的光学特性进行计算,得到气溶胶粒... 气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分,气溶胶粒子的光学特性是研究红外遥感、目标探测等激光传输特性的一个关键问题。依据粒子电磁散射理论,利用离散偶极子近似方法对不同形状、不同成分气溶胶粒子的光学特性进行计算,得到气溶胶粒子散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量在0.71～11μm波段的数值结果。结果显示:入射光波长、气溶胶粒子折射率及气溶胶粒子形状是影响气溶胶粒子光学特性的主要因素。散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量的数值结果也为研究气溶胶中红外激光的传输特性提供了参考依据和计算方法。 展开更多

关键词 大气气溶胶 光学特性 离散偶极子近似方法 数值计算

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随机分布烟幕凝聚粒子对激光的消光特性研究 被引量：5

5

作者 类成新 张化福 刘汉法 《红外技术》 CSCD 北大核心 2009年第9期528-531,共4页

基于团簇-团簇凝聚(CCA)模型采用蒙特卡罗方法对随机分布的碳黑烟幕凝聚粒子进行了模拟,用离散偶极子近似(DDA)方法研究了该模型对激光的消光特性。研究表明:碳黑烟幕凝聚粒子对激光的消光特性受原始微粒数量及粒径的影响,粒子的凝聚将... 基于团簇-团簇凝聚(CCA)模型采用蒙特卡罗方法对随机分布的碳黑烟幕凝聚粒子进行了模拟,用离散偶极子近似(DDA)方法研究了该模型对激光的消光特性。研究表明:碳黑烟幕凝聚粒子对激光的消光特性受原始微粒数量及粒径的影响,粒子的凝聚将削弱烟幕的红外消光性能;当凝聚结构中原始微粒的数量一定时,存在使烟幕红外消光性能达到最大的原始微粒粒径。 展开更多

关键词 烟幕 凝聚粒子 消光系数 离散偶极子近似方法

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掺杂对随机取向团簇粒子辐射特性的影响 被引量：3

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作者 类成新 冯东太 吴振森 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1055-1060,共6页

利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额杂质的团簇粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机取向团簇粒子的散射相函数、消光、吸收、散射效率因子、单次散射反照率以及不对称因子等辐射特性参... 利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额杂质的团簇粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机取向团簇粒子的散射相函数、消光、吸收、散射效率因子、单次散射反照率以及不对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,深入探讨了掺杂量对随机取向团簇粒子辐射特性的影响.研究表明,掺杂对随机取向团簇粒子的辐射特性产生显著的影响,并且此影响随着粒子尺度参量的变化而变化.这一工作对研究多种化学成分组成的混合气溶胶的辐射及气候效应具有重要科学价值. 展开更多

关键词 团簇粒子 辐射特性 Bruggeman有效介质理论 离散偶极子近似方法

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分形结构对随机取向烟尘团簇粒子光散射特性的影响 被引量：4

7

作者 类成新 冯东太 吴振森 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期141-146,共6页

利用蒙特卡罗方法对不同分形维数和分形前向因子的随机取向烟尘团簇粒子的分形结构进行了仿真,采用离散偶极子近似(DDA)方法对随机取向烟尘团簇粒子的缪勒矩阵元进行了数值计算,并与球形粒子模型进行了比较,深入探讨了烟尘团簇粒子的分... 利用蒙特卡罗方法对不同分形维数和分形前向因子的随机取向烟尘团簇粒子的分形结构进行了仿真,采用离散偶极子近似(DDA)方法对随机取向烟尘团簇粒子的缪勒矩阵元进行了数值计算,并与球形粒子模型进行了比较,深入探讨了烟尘团簇粒子的分形维数和分形前因子对其散射特性的影响.研究表明,等效球形粒子的光散射特性与随机取向烟尘团簇粒子的光散射特性存在很大差别,并且此差别随着团簇粒子的分形维数以及分形前向因子的增大而减小;分形维数对表征团簇粒子散射特性的缪勒矩阵元的影响在一定散射角范围内均比较明显,分形前向因子对团簇粒子的缪勒矩阵元角分布的影响与分形维数的影响类似,不过其影响相对分形维数较弱. 展开更多

关键词 光散射特性 离散偶极子近似方法 烟尘团簇粒子 分形维数 分形前向因子

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随机取向内外混合凝聚粒子辐射特性 被引量：2

8

作者 类成新 吴振森 冯东太 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第10期2692-2696,共5页

采用离散偶极子近似方法对随机取向混合凝聚粒子在内外混合状态下的光学截面、单次散射反照率以及非对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,详细讨论了混合方式、混合比等因素对混合凝聚粒子辐射特性的影响。研究表明,混合凝聚粒子的混... 采用离散偶极子近似方法对随机取向混合凝聚粒子在内外混合状态下的光学截面、单次散射反照率以及非对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,详细讨论了混合方式、混合比等因素对混合凝聚粒子辐射特性的影响。研究表明,混合凝聚粒子的混合方式对非对称因子的影响非常大,对散射截面和单次散射反照率的影响比较大,但是对吸收和消光截面的影响不明显。随着凝聚粒子中基本粒子粒径和数量的增大,非对称因子、散射截面以及单次散射反照率受混合方式的影响变得愈加明显。此外,混合比的变化对不同混合状态下的凝聚粒子的辐射特性参量均存在不同程度的影响,并且此影响随着基本粒子粒径和数量的变化而显著变化。混合比相同情况下,所有外混合凝聚粒子的散射截面均大于内混合凝聚粒子的散射截面,而单次散射反照率却相应减小。 展开更多

关键词 混合凝聚粒子 辐射特性 Bruggeman有效介质理论 离散偶极子近似方法

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随机取向气溶胶凝聚粒子光学特性研究 被引量：2

9

作者 黄朝军 刘亚锋 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期833-837,共5页

利用Cluster-cluster aggregation(CCA)模型,模拟了由64个球形原始微粒凝聚而成的四种随机取向气溶胶凝聚粒子.结合离散偶极子近似方法,分别得到了不同入射角和不同尺寸参数情况下气溶胶凝聚粒子的吸收、散射、消光效率因子和不对称因... 利用Cluster-cluster aggregation(CCA)模型,模拟了由64个球形原始微粒凝聚而成的四种随机取向气溶胶凝聚粒子.结合离散偶极子近似方法,分别得到了不同入射角和不同尺寸参数情况下气溶胶凝聚粒子的吸收、散射、消光效率因子和不对称因子的数值结果,并比较分析了四种形状气溶胶凝聚粒子吸收、散射、消光效率因子和不对称因子的差异.结果显示:对于相同数目原始微粒的气溶胶凝聚粒子,其光学特性明显依赖于入射光的入射角度和气溶胶凝聚粒子的形状;对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子,当入射光波长给定时,吸收、散射和消光效率因子最初随尺寸参数增大而快速增大,随后又随尺寸参数增大缓慢变小,但在尺寸参数变化过程中存在一个极大值;不对称因子则随尺寸参数的增大一直呈增大趋势,且随尺寸参数的增大趋近于1. 展开更多

关键词 气溶胶 凝聚粒子 效率因子 离散偶极子近似方法

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随机取向六角形冰晶粒子的散射特性研究 被引量：1

10

作者 类成新 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期828-832,共5页

利用离散偶极子近似方法研究卷云中随机取向六角形冰晶粒子的取向比对散射特性的影响,数值计算了在小尺度范围内随机取向六角形冰晶粒子的散射特征量,包括散射相函数、消光效率因子、不对称因子、单次散射反照率和线偏振度。研究表明:... 利用离散偶极子近似方法研究卷云中随机取向六角形冰晶粒子的取向比对散射特性的影响,数值计算了在小尺度范围内随机取向六角形冰晶粒子的散射特征量,包括散射相函数、消光效率因子、不对称因子、单次散射反照率和线偏振度。研究表明:取向比对随机取向六角形冰晶粒子散射特征量的影响比较明显,并且此影响随着粒子尺度参数的变化而变化,与入射波长无关;相同尺度参量和不同取向比粒子的散射相函数的角分布曲线均有一个交点,并且随着粒子尺度参量的增加,交点所对应的散射角度值逐渐向小角度方向移动。此研究结果为气溶胶粒形检测和识别提供了理论依据。 展开更多

关键词 散射特性 离散偶极子近似方法 取向比 六角形冰晶粒子

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随机取向群聚椭球粒子光散射特性研究

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作者 张静华 类成新 秦华 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期986-993,共8页

利用离散偶极子近似方法,考虑单元粒子之间的电磁相互作用,数值计算了随机取向的不同尺度参数、不同纵横比的群聚椭球粒子的缪勒矩阵元素,给出了各个缪勒矩阵元素的角分布曲线,探讨了随机取向的群聚椭球粒子的尺度参数、纵横比、基本粒... 利用离散偶极子近似方法,考虑单元粒子之间的电磁相互作用,数值计算了随机取向的不同尺度参数、不同纵横比的群聚椭球粒子的缪勒矩阵元素,给出了各个缪勒矩阵元素的角分布曲线,探讨了随机取向的群聚椭球粒子的尺度参数、纵横比、基本粒子相对位置对其缪勒矩阵元素的影响.并将随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与单个等效球形粒子的数值结果进行了比较.结果表明,随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与等效球形粒子的光散射特性存在很大差别,基本粒子的形状越偏离球形,这种差别就越大;随机取向群聚椭球粒子中椭球粒子的纵横比和相对位置对整个群聚粒子的缪勒矩阵元素存在不同程度的影响,并且此影响随着粒子尺度参数的增大而变得更加显著. 展开更多

关键词 光散射特性 离散偶极子近似方法 群聚椭球粒子

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非球形簇团核壳结构粒子的激光散射特性 被引量：3

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作者 任神河 高明 +2 位作者 王明军 保秀娟 李艳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期208-217,共10页

在冰晶粒子异质核化理论基础上,建立了椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子模型,利用离散偶极子近似法(DDA)数值计算同一入射波长下,有效尺寸对核壳结构冰晶粒子消光效率、吸收效率和散射效率的影响、中间均匀混合层... 在冰晶粒子异质核化理论基础上,建立了椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子模型,利用离散偶极子近似法(DDA)数值计算同一入射波长下,有效尺寸对核壳结构冰晶粒子消光效率、吸收效率和散射效率的影响、中间均匀混合层对核壳结构冰晶粒子散射强度的影响以及Mueller矩阵元素随散射角度的变化情况。数值结果表明:随着有效尺寸的增大,椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子的消光效率、吸收效率和散射效率随着有效尺寸的增大分别呈现不同的变化趋势;在相等尺寸条件下,散射强度随散射角度的变化情况与粒子形状有密切关系,且相比于椭球形和六角平板两种簇团形核壳结构冰晶粒子,六角棱柱核壳结构冰晶粒子的前向散射强度最大,散射强度随散射角度的变化曲线振荡更明显。根据Mueller矩阵元素随散射角度的分布情况,可以看出六角棱柱簇团形冰晶结构的散射方向最明显,前向散射强度最大,六角平板和六角棱柱簇团形冰晶结构的Mueller矩阵元素相对球形和椭球形在后向散射场区域的偏差更明显。论文的研究结果为进一步分析复杂冰晶粒子的散射特性,开展高空云层中各种复杂几何形状簇团冰晶粒子的散射特性研究和分析提供支持。 展开更多

关键词 冰晶粒子 离散偶极子近似方法 散射与吸收

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干扰气溶胶及火灾烟颗粒光散射特性数值模拟研究

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作者 全珈兴 杨泽伟 周勇 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期11-16,共6页

为解决传统光电感烟探测器易受到干扰气溶胶(水蒸气、粉尘等)影响而导致误报率较高的问题,提出1种火灾烟颗粒和干扰气溶胶区分识别方法。根据不同粒径大小、复折射率及形貌特征,建立明火烟颗粒(分形凝聚体)、阴燃/热解烟颗粒(球形)、水... 为解决传统光电感烟探测器易受到干扰气溶胶(水蒸气、粉尘等)影响而导致误报率较高的问题,提出1种火灾烟颗粒和干扰气溶胶区分识别方法。根据不同粒径大小、复折射率及形貌特征,建立明火烟颗粒(分形凝聚体)、阴燃/热解烟颗粒(球形)、水滴(球形)、粉尘(椭球)的散射模型,基于离散偶极子近似方法及Mie散射理论,研究其在405 nm波长和870 nm波长下的光散射特性。研究结果表明:火灾烟颗粒与干扰气溶胶在2种波长下的散射光强具有较大区别,尤其在前向散射角度时S 11比值的区别更为明显。研究结果可对传统光电感烟探测器光路结构设计优化改进,降低误报率。 展开更多

关键词 光散射 离散偶极子近似方法 MIE散射理论 双波长 误报

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