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非球形粒子光散射特性分析

近几年来,从纳米粒子以及亚微米粒子的散射光中所携带的信息去分析这些粒子内部结构和组成成分以其无损和快速的特点而受到了广泛的关注。离散偶极子算法能够计算任意形状以及各向异性粒子的光散射,本文用其分析了一些典型的非球形粒子的光散射特性,其中包括烟尘粒子,含杂质的海雾粒子以及血红细胞。对于这类粒子的研究在大气污染治理,无线激光通信和人体疾病监测等方面有着重要意义。本文介绍了几种描述无规则形状烟尘簇团的分形模型,提出了一种改进的簇团模拟分形模型。用改进之后的簇团分形模型构建了空隙率不同的烟尘粒子,分析了烟尘粒子散射特性受空隙率和组成成分的影响。根据海雾形成的微物理过程,由晴空条件的大气溶胶的成分以及粒子尺寸分布给出了海雾形成过程中尺寸分布的变换情况,计算了无线激光通信受海雾影响的特征衰减,反演了能见度与含水量的关系并与经验公式做了比较。根据血红细胞的形态参数,构建了血红细胞双凹碟形的模型作为正常血红细胞的模型以及月牙形和椭球形作为病变血  (本文共78页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安理工大学
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用于偏振激光雷达的云粒子光散射特性分析

云是影响天气变化的重要因素之一,若能有效探测云的宏观和微观物理特性,有助于通过人工影响天气技术,消除或减弱某些极端天气现象,而对过冷云分布的有效探测,则是影响人工影响天气作业的关键技术。结合现有可见光波段偏振激光雷达反演气溶胶粒子球形性技术,提出利用近红外波段偏振激光雷达反演云粒子特性的方案,进而有效探测过冷云的实时分布,借鉴离散偶极子近似和几何光学近似的非球形粒子光散射理论,分析云粒子的光散射特性,解决米散射理论很难有效分析非球形云粒子的光散射特性的问题。论文研究了用于分析云粒子光散射特性的米散射理论、几何光学近似理论和离散偶极子近似理论,基于米散射理论可以看出1550nm近红外波段适合用于探测粒子半径为3μm的云粒子的散射特性,同时提出用于反演云粒子特性的近红外偏振激光雷达系统,详细设计系统结构及主要参数。基于上述三个光散射理论建立计算云粒子光散射特性模型,几何光学近似模型主要通过Stokes矢量矩阵、Fresnel矩阵、坐...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

《工程热物理学报》2009年08期
工程热物理学报

非球形粒子的散射特性分析

本文首先利用T矩阵方法计算了复折射率吸收指数和折射指数变化时的椭球粒子和Chebyshev粒子在不同等效尺度参数下的光散射特性,并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较;然后分析以上两种类型非球形粒子散射特性之间的关系。结...  (本文共3页) 阅读全文>>

西安理工大学
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雾霾粒子浓度的光散射测量方法研究

近年来,随着全球工业化进程的不断加快,大气环境的污染日益严重,特别是雾霾问题已经严重影响到人类的生活,雾霾粒子探测已成为人类极为关注的一个课题,针对雾霾粒子的测量显得尤为重要。随着测量要求的不断提高,雾霾粒子的实时测量已势在必行。基于Mie散射理论的光散射粒子测量方法是利用粒子的光学散射现象对雾霾粒子性质和浓度进行测量,该方法具有非接触、测量范围较大、实时测量等优点,是测量颗粒物物理特性的一类方法。本文围绕光散射测量方法,首先介绍了雾霾粒子测量的相关知识,分析了光散射法与传统雾霾粒子测量方法相比的优势与不足。为了解决这些不足,本文重点开展了一下几点工作:(1)研究了光散射法的测量原理,并且将日盲紫外光应用于光散射测量方法中。仿真了日盲紫外光对球形粒子的散射特性,根据日盲紫外光对于球形粒子的粒径测量范围,提出了一种多波长的测量方法。同时仿真了日盲紫外光对非球形粒子的散射特性。(2)在分析了现有光散射的粒子测量仪器基础上,设计了基于...  (本文共74页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安理工大学
西安理工大学

典型雾霾粒子模型的T矩阵法光散射偏振特性分析

雾霾天气下,自然光在传输过程中与雾霾颗粒发生散射后产生偏振光,偏振光会带有一系列雾霾粒子的偏振信息,包括雾霾粒子的尺寸参数,颗粒形貌,尺度分布,复折射率等物理特征。研究雾霾粒子的光散射问题,对雾霾形成的机理、来源以及建立更好的大气模型提供参考依据有重要意义。本文首先基于T矩阵法,仿真分析了单个球形、非球形(椭球形、圆柱形)雾霾粒子的光散射偏振特性。球形粒子主要从粒子半径及复折射率两方面对粒子的光散射偏振特性影响进行了分析,非球形粒子主要从粒子有效半径、轴比以及复折射率对粒子光散射偏振特性的影响进行了分析,分析结果表明:在前向散射,球形粒子半径越大,其线偏振度的值越大,在后向散射,粒子半径越大,其线偏振度的值越小。非球形粒子的有效半径越大,其线偏振度越大。圆偏振度的值与粒子半径的大小成反比。非球形度越小,其线偏振度和圆偏振度的值越大。通过对不同复折射率的硫酸粒子、硫酸铵粒子、硝酸铵粒子、沙尘粒子和碳质气溶胶粒子的偏振特性分析表明:...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

合肥工业大学
合肥工业大学

基于时域有限差分法的非球形大气粒子散射特征研究

大气粒子对太阳光的散射作用,改变了光波的强度和偏振分布。粒子散射特性的研究对解释偏振光模式产生机理具有重要的理论意义,在气象预测、光学介质反演等方面具有广阔的应用前景。球形粒子散射常用Mie理论求解,而非球形粒子由于形状复杂,难以得到解析解。本论文针对大气非球形粒子散射问题,实现时域有限差分法(finite difference time domain, FDTD)求解单次散射特性,分别对典型大气非球形粒子和粒子群散射进行了仿真实验,分析了不同因素影响下单粒子和不同分布下粒子群的散射光强度和偏振度分布。本文的主要工作如下:(1)分析了独立散射和单次散射的限定条件,总结了散射问题涉及的坐标和符号定义,在研究经典Mie散射原理基础上仿真分析了球形水滴的散射特性,综述了非球形粒子散射的研究方法;(2)针对非球形粒子散射问题,实现了基于时域有限差分法的单次散射特性求解,计算了反映散射光强度和偏振度分布的散射相矩阵元素P11和-P12/P...  (本文共75页) 本文目录 | 阅读全文>>