Sinc相关随机表面及光散射的数值计算

主要研究具有Sinc函数相关随机表面及其光散射特性.首先提出了该类表面的自相关函数,模拟产生随机表面,获得了此类随机表面样本,并对该类表面的光散射轮廓进行了数值计算.在一定的表面参量设定下,数值计算了部分入射角的随机表面散射轮廓,并对其入射角比较大和比较小时进行了特性分析.     

热辐射波在介质内的散射机理

从偶极子辐射理论出发导出了热辐射在介质内散射强度的一般表达式,确定了影响热辐射散射强度的主要因素.研究表明:入射辐射频率、阻尼振子的振幅等对介质的反射率、吸收率、透射率等热辐射特性具有决定性的影响.     

非均匀介质薄膜反射率的角度依赖特性

基于半无限分层介质模型,讨论了具有一定折射率分布的非均匀介质薄膜反射率对入射光的角度依赖关系,得出了其光强反射率公式.在此基础上,通过数值模拟给出不同参数下非均匀介质薄膜的反射率随入射角的变化曲线.分析表明,反射率随入射角的增加呈现出先减小后增大的变化趋势.布儒斯特角随表面折射率、底层折射率、有效深度的增加及膜层厚度减小而增加,随入射波长的变化可以忽略.对于同一入射角,薄膜反射率随薄膜分层厚度增加以及表面折射率、底层折射率和有效深度的减小而减小.     

分形导体粗糙表面的后向增强效应分析

针对粗糙表面散射实验中的后向散射增强现象,采用锥形波束入射的矩量法定量计算了分形粗糙表面的后向散射增强效应,研究了波形参数和表面尺寸的匹配问题,分析了不同入射角下散射增强的角宽度,比较了不同分维数和表面模型下散射增强的幅值。数值计算结果证明了该算法的有效性。     

参与介质的散射特性对辐射热交换的影响

考虑参与介质的散射作用,给出一维辐射直接交换面积解析式和辐射全交换面积矩阵表达式,模拟计算了含有散射介质的一维系统辐射热交换问题.数值模拟结果表明,与忽略介质散射作用的简化描述相比,容积段-容积段的辐射全交换面积增大,表面段-容积段的辐射全交换面积降低,介质的散射削弱了容积段与表面段之间的辐射热交换.参与介质的散射作用越强,忽略介质散射导致的计算误差越大.     

海浪波谱仪微波散射模型

【目的】建立与观测数据相符的海浪波谱仪(SWIM)散射模型。【方法】利用Kirchhoff近似以及准镜面散射理论,建立从海浪方向谱映射到海浪波谱仪后向散射截面(σ°)的散射模型,并利用热带降雨测量卫星(TRMM)所搭载的降雨雷达(PR)提供的低入射角下的后向散射截面数据,对模型进行检验。【结果】准镜面散射模型结合高阶Gram-Charlier级数型海表斜率概率密度函数,模拟的雷达后向散射截面与入射角的关系在降雨雷达的0~18°入射角范围内与实测数据一致。【结论】海浪波谱仪的信号散射可利用准镜面散射模型结合高阶Gram-Charlier级数型海表斜率概率密度函数来描述。     

基于分光链路模拟的曲面量子雷达散射截面研究

量子雷达基于量子态特性对目标探测识别,可有效克服复杂电磁环境和目标隐身特性影响。针对光量子在大气中传播时易受介质吸收和散射影响的问题,提出利用分光链路模拟大气介质的方法,对目标量子雷达散射截面进行了研究。通过引入单光子波动方程,采用分光链路模拟大气介质,得到衰减条件下光子波函数,推导衰减条件下量子雷达散射截面公式,并对衰减条件下单曲面量子雷达散射截面进行仿真。仿真证明,在不同入射角条件下,量子雷达散射截面主瓣峰值随衰减系数增加而减小,入射角对量子雷达散射截面无影响;在0 ℃、能见度30 m条件下,目标量子雷达散射截面主瓣峰值随波长增加。     

金属粗糙表面电磁波的吸收和散射

给出了金属表面存在粗糙度时,粗糙表面对电磁波的吸收和散射特性,获得了微分反射系数与入射角和出射角的关系,以及散射吸收因子和入射角的关系.     

多孔介质中微观力的作用及渗流模型

在现有微尺度流动实验和理论认识的基础上,建立了包含范德华力、静电力、空间位型力、表面张力等微观力的特性方程,分析了影响多孔介质中流体流动的微观力种类和作用范围.通过建立考虑微观力作用的圆管流动数学模型,构造了考虑微观力作用的多孔介质的毛管束网络数学模型,推导了考虑微观力作用的相对渗透率模型.通过模拟分析阐明了微观力在多孔介质壁面上的作用及对渗流的影响.模拟结果表明微观力在细小孔隙流动中不可忽略.     

驻相近似下二维海面后向散射增强效应研究

基于驻相近似下得到的考虑遮蔽效应时的粗糙面散射一、二阶基尔霍夫公式,研究了满足半经验海谱分布的二维介质粗糙海面的电磁散射,分析了海面散射出现后向增强效应的条件,计算了不同极化状态的散射系数角分布,并进行了比较,详细讨论了二阶散射系数角分布及后向增强效应随风速、入射频率和入射角的变化规律.     

平面电磁波在两种介质表面上的反射与折射

以Maxwell方程组为出发点,用简洁明了的理论推导,给出平面电磁波在两种介质表面上的反射与折射是电磁运动规律应用的典型实例,并由此引出了一些重要结论,如半波损失的存在、Brewster角的成因、全内反射的规律等.在对电磁波的传播、电磁波与介质的相互作用等基本规律的认识中,体现电磁学基本规律在信息技术、通信技术中的理论指导意义和其现实意义,由此得出的结论也为深入理解光的反射与折射奠定了基础.     

像差对接耦合系统的蒙特卡罗数值模型

基于光线追迹和波动光学理论,利用蒙特卡罗方法,提出一种用于分析和研究像差耦合系统的数值模型。与其他数值模型相比,该数值模型不需要使用处理球差的波像差或者相位变换概念,而是直接在界面使用折射和反射定律。其优点是不仅可以考虑三级球差,还自动考虑了五级及更高级的像差,同时,综合考虑了耦合器件的几何形状和衍射效应。因此它不仅可以用于对称系统,也可用于任意不对称或存在缺陷的系统。     

用惠更斯作图法研究左手材料的负折射现象

针对理解电磁波在左手材料中的传播特性,在详细分析了该介质中电磁波波矢量k的方向、大小和坡印廷矢量s之间关系的基础之上,根据电磁场理论探讨了电磁波在右手、左手材料分界面上的反射和折射(各介质都是各向同性的)现象。并运用惠更斯作图法解释了电磁波由右手材料穿越左手材料时的负折射现象。指出发生负折射现象的根本原因是由于电磁波在左手材料中传播时其波矢量与坡印廷矢量的方向相反。     

斯托克斯方法对弹性波的应用

本文将光学中的斯托克斯方法应用于弹性波在两种介质分界面上的反射和折射现象,求得了液体-液体分界面上P波和固体-固体分界面上SH波的反射系数和折射系数。还证明了两种固体分界面上弹性波的散射矩阵是幺正厄米矩阵。     

远场高斯平面波折射时光斑演化特性的研究

讨论了高斯光束的远场行为,给出了传播方向为任意方向、等相面为平面、幅度呈高斯分布的高斯平面波的一般表达式.分析了高斯平面波在介质分界面处的反射与折射现象:其波矢满足均匀平面波的折射反射定律,振幅最大值满足均匀平面波的菲涅尔公式.但光斑将发生演化,由圆形演化为椭圆,椭圆光斑的长短轴取决于入射介质和折射介质的折射率之比.最后给出了入射光的场强同时包含垂直入射面分量和平行入射面分量时反射波与折射波的一般表达式.     

声波在固体-多孔媒质界面上的反射和折射

本文介绍了流体饱和的多孔媒质中声波传播特性,较详细地讨论了声波从各向同性固体入射到多孔媒质界面时反射波、折射波势函数与入射波势函数的振幅比,计算了各种波所携带的声功率在入射波声功率中所占比例.本文的数值计算虽然限於高频,但所提出的方法可应用於任何频率的声波.     

入射光与折射光的振幅与光强的分析

利用菲涅尔公式和电磁场能量、能流理论,分析光在两个均匀各向同性媒质的界面上入射,反射和折射时,能够得出两个有趣的结论:1.一定条件下,折射光的振幅可以大于入射光的振幅;2.一定条件下,折射光的光强可以大于入射光的光强.     

非常光在各向异性媒质分界面上的反射和折射定律

应用费马原理推导出主截面内的非常光线通过两种各向异性媒质分界面时的反射定律和折射定律．     

平面型混浊介质光反射四能流Kubelka-Munk模型

通过分析光在介质-空气和介质-表面粗糙基构成界面上和平面分层混浊介质中的反射、散射和吸收规律,提出了混浊介质中传输的光能流将由界面或混浊介质的定向反射和漫反射作用而产生的定向光能流和漫射光能流构成.考虑到这两种光流能量比率的动态转化规律,运用辐射传递理论和四能流光子流传输模式修正了经典二能流Kubelka-Munk模型,建立了四能流Kubelka-Munk模型.研究表明,由经典二能流Kubelka-Munk模型计算得出的色彩要比实际的色彩偏红.     

基于光学定律的多层介质反射系数研究

从电磁波的反射定律和折射定律出发,导出了多层介质的近似反射系数。给出了多层介质反射系数与两层反射系数之间的关系。近似反射系数与Maxwell方程组导出的反射系数形式上存在一项差异,分析可知该差异来自于忽略多次反射的假设。最后仿真计算了三层雷达吸波材料(radar absorbing material,RAM)的反射系数,并分析了反射系数随入射角和极化方式的关系。