求解颗粒吸收系数和散射系数的一种新算法

提出一种基于蒙特卡罗方法的求解介质辐射参数中吸收系数和散射系数的新算法，克服了以往的基于Mie理论方法中要求对颗粒进行球形假设这一限制，可直接在实际情况下对介质进行计算，并可以同时比较精确求解出介质的吸收系数和散射系数，这一算法对于煤粉燃烧过程中辐射计算具有一定的实际意义。     

有关光散射的物理量的数值计算

本文在经典的Mie氏理论的基础上,给出了两相介质中微小颗粒对入射光进行散射的有关物理量,如强度函数、偏振度、散射系数、吸收系数、消光系数等的数值计算法。最后给出了在计算机上算得的部分计算结果作为示例。     

微球内部电磁场的Mie理论数值计算

采用Mie散射理论对平行光束与微球颗粒相互作用的内部场进行严格的描述并进行数值计算.对吸收性微球颗粒内部场进行数值计算时,如果粒径及折射率虚部较大,其径向函数会出现数据溢出,从而导致计算失败,得出不合理的计算结果.通过引进径向函数的变形,提出了一种克服数据溢出的算法,将径向函数的数值控制在合适的范围以内.通过数值计算得到了合理的结果,证明该算法克服了数据溢出,可以稳定地计算各种平行光照射下的微球颗粒内部场.     

一个基于固有光学特性的透明度半分析算法适用性探讨

利用52组中国海实测透明度(Zsd)与遥感反射率(Rrs)数据,检验一个最新的基于固有光学特性的透明度算法(简称IOP算法)的适用性.结果表明,该IOP算法在Zsd实测值6m的站位,反演Zsd与实测值相对一致,偏差(Bias)为-0.67m,相对误差(ε)为28.6%,对数均方根误差(RMSE)为0.197,仅存在一定程度的低估现象;但在实测值≥6m的站位存在明显的高估,Bias为7.95m,ε为53.7%,RMSE为0.212.进一步的分析发现该IOP算法对颗粒后向散射系数(bbp)和颗粒散射系数(bp)二者间的关系十分敏感,算法中所采用的bbp-bp经验关系,在中国海并不完全适用.     

大气中气溶胶颗粒对红外激光的散射特性研究

在利用红外激光雷达探测大气中各种成分浓度时,研究大气中气溶胶颗粒在该红外波段的光学散射特性有重要意义.特别是大气中气溶胶颗粒的散射系数和后向散射率是基于红外激光雷达探测大气后向散射回波信号的重要参量,直接影响探测系统的测量精度和有效探测距离.根据等效球的米氏散射理论,分析大气气溶胶颗粒在该波段的散射效率因子和散射相函数,可准确计算出不同半径和不同密度时大气气溶胶颗粒的散射系数和后向散射率大小.利用仿真模型计算得出,当大气气溶胶颗粒的半径增加时,其散射效率因子的数值振荡衰减,最终稳定于2.04处;而当入射激光波长不变时,大气气溶胶颗粒的后向散射率数值与其半径的变化呈反比.     

随机分布群粒子侧向散射特性Muller-Stokes算法的描述

该文用矩阵元素表示偏振激光束入射时与入射方向垂直的平面上散射光的偏振特征,介绍了使用Muller-Stokes算法来研究随机分布群粒子场侧向散射光性质的方法.用此算法对实验得到的数据进行计算得到的结果表明,散射光强的分布是呈轴对称的,散射光各种偏振特性的变化及用于表示各种特性的矩阵元素主要决定于散射粒子的大小.另外,散射系数亦随粒子直径的变化而变化.     

平行光全反射迅衰场中光辐射力及其规律

利用Mie散射理论和电偶极子近似理论,计算了球形颗粒在全反射迅衰场中受到的光辐射力,得到了光辐射力随颗粒与分界面之间距离、入射角、颗粒半径和颗粒折射率的变化曲线.分析了光辐射力随相应参数的变化规律并且给予物理解释.     

火灾烟雾颗粒的光学散射特性研究

从理论和实验两个方面研究了几种常见的燃烧烟雾在不同波长激光下的散射特性。从Mie散射理论出发，比较几种Mie散射算法的优缺点，采用一种改进的连分式算法对火灾烟雾颗粒的散射光强分布进行计算，得出不同粒径大小和波长下光强分布图。结合理论计算，设计一套实验装置，测量并计算在不同角度下3种烟雾颗粒和面粉气溶胶散射光的相对光强比，实验测量值与理论计算值吻合较好。研究结果表明不同种类烟雾散射光相对光强比互不相同，火灾烟雾与非烟雾气溶胶差距较大，从而表明散射光相对光强比是区分不同烟雾特定的物性参数，为火灾烟雾探测技术发     

动态图像颗粒粒度粒形测量装置

为了实现对固体颗粒粒度粒形参数的测量,设计了动态颗粒图像粒度粒形测量装置.该装置通过自由落体运动,使固体颗粒充分分散,避免了颗粒粘连重叠现象.通过对颗粒图像进行预处理,剔除与测量区边界连通的颗粒图像,使用高斯滤波算法消除噪声,利用轮廓检测算法确定颗粒的外接矩形,提取每个颗粒的图像.采用边缘检测算法检测颗粒图像的边缘数量,如果边缘数量超过1,则判定为离焦模糊图像,进而计算出颗粒的粒度粒形参数.实验结果表明:标定后单个像素的实际尺寸为6.0μm,测量范围为100~1 900μm.基本满足颗粒图像粒度粒形测量的要求,且精度较高,稳定可靠.     

金属纳米颗粒增强太阳能电池光吸收效应研究

采用Mie理论,对球形纳米金属颗粒进行数值计算,研究了金属纳米颗粒在发生表面等离激元共振时表现出的散射效应.改变金属材料类型或者颗粒尺寸大小,金属纳米球的散射效率均发生不同程度的变化.这一现象表明:金属纳米颗粒的散射效应受材料类型和尺寸大小的影响显著.计算结果表明,半径为100nm的Ag纳米颗粒在发生表面等离激元共振时,散射效率最高,吸收效应最弱.     

一种基于Mie散射的颗粒物浓度测量方法

 根据Mie 散射理论,采用连分式递推算法,进行了微粒散射的数值模拟。借助特殊函数库得出简化的Mie 散射理论的数值模拟方法,省去了推导的复杂性,同时提高了计算程序运算速度。利用水溶胶模拟大气溶胶进行光散射实验,采用三波长法计算得到各样本的平均粒径,根据消光定律模拟出微粒浓度与光强变化之间的关系,为空气中微粒浓度的测量提供了理论依据。     

城市烟雾层大气光学特性的研究

利用一次外场试验中两个不同高度上的太阳辐射观测资料,计算了城市烟雾层大气平均光学特性参数。经对比分析,与Ｍｉｅ理论计算的结构基本一致。计算所得兰州冬季城市烟雾层大气的平均吸收系数为０．１５８／ｋｍ,散射系数为０．４１０／ｋｍ,后向散射系数为０．０３５／ｋｍ。烟雾层内气溶胶和平均吸收系数为０．１３３／ｋｍ,散射系数为０．４０４／ｋｍ。,后向散射系数为０．０２８／ｋｍ,水汽吸收和瑞利散射对烟雾层内太阳     

单泡声致发光研究

介绍了作者在研究单泡声致发光SBSL动力学特性和发光特征方面的进展情况。用气泡振子模型，研究了在不可压缩、粘滞流体中气泡近球对称运动的动力学行为；运用Mie散射理论和Dave倒推算法，系统地计算了适用于单泡声致发光的Mie射测量参数；实验给出单泡发光强度的衰减特性、SBSL光强与频率的关系、SBSL与激励电压的关系等结果。     

气溶胶粒子的吸收对散射光强的影响

研究了气溶胶粒子的球形和旋转椭球两种模型的吸收效应对散射光强分布的影响. 文中使用Mie散射理论和T矩阵两种方法,分别得到了球形粒子和旋转椭球粒子对正入射的偏振光和非偏振光散射的散射光强随散射角的变化关系,同时,给出了气溶胶粒子的吸收效应对后向散射光强影响的仿真结果. 根据计算出的结果模拟得到了后向散射光强与球形气溶胶粒子的吸收效应成指数关系,而与旋转椭球气溶胶粒子吸收效应成非线性变化关系.      

外混合微粒的消光效率因子的特征及一种简单近似

基于M ie散射理论,在已有的单微粒消光效率因子(EEF)的基础上,建立了由不同尺寸、不同折射率微粒外混合的多微粒系EEF的计算方法,并就其特征进行了分析.计算表明:外混合微粒的EEF随粒度变化总是先快速增加,然后整体减小并趋向于定值;随着分布宽度或折射率虚部的增加,消光曲线的震荡逐步减弱直至消失,这样EEF将更易确定,而随着折射率实部的增加,其极大值位置或震荡特征向着粒度减小的方向移动.研究表明,对强吸收或宽分布的微粒及其混合体,消光曲线不会震荡,且在粒度达到一定值后,曲线几乎重合并随粒度缓慢下降而最终趋于定值.对此,提出了一种简单而实用的近似式,该式与理论值的平均和最大相对误差分别不超过1.0%和2.0%,说明了该近似公式的准确性.由于在实际工程及应用中,往往面对的是外混合的多微粒系,因此本研究具有较强的实际指导价值.     

吸收性液滴的彩虹现象

提出了基于彩虹散射光吸收系数的液滴吸收率测量方法.采用基于Mie理论的改进算法进行数值模拟.研究表明,液滴的吸收性不改变彩虹光强波峰及对应频峰的位置,但改变彩虹光强强度,尤其对彩虹表面波结构及Airy结构影响较大,并因此降低了彩虹的可见度.计算发现液滴散射光吸收系数的最大值出现在彩虹区,并随液滴吸收率和粒径的增加稳定在彩虹最大波峰角位置,而且此处的吸收系数与吸收率之间有着线性关系.基于彩虹测量技术具有易检测、易标定的特点,因此有望发展为一种新的液滴吸收系数测量方法.     

小角前向散射测粒仪光电探测元件的对中问题

利用经典Ｍｉｅ散射理论,讨论了小角向散射激光测粒仪光电探测器中问题导致的测量误差;提出了一种对中误计算模型,据此进行模拟计算,并对计算结果进行了分析 。     

散射项约束非负矩阵分解的高光谱图像解混

针对传统的约束非负矩阵分解方法对于解混的物理特性考虑较少,提出一种高光谱图像的解混方法:散射项约束非负矩阵分解(scattering-term constrained nonnegative matrix factorization,STC-NMF).与大多数约束非负矩阵分解算法将约束建立在数据的数学特性之上不同,ST...     

基于Mie理论的四种典型水云的光散射计算

在Mie理论的基础上,利用修正伽马函数来描述水云的粒子尺度分布,计算了一类层云、二类层云、一类层积云和二类层积云这四种典型水云的消光系数、单次散射反照率、不对称因子和散射相函数.结果表明,粒子的消光系数、单次散射反照率和非对称因子随着入射波长的增加有较大的起伏,后两者随着波长的增加其变化趋势基本一致;消光系数主要受云中液态水含量的影响;对于单次散射反照率来说,在可见光波段,反照率非常接近于1;在短波段,粒子的非对称因子变化较小,并且随着波长的增加,非对称因子会逐渐增大;Mie相函数随着散射角的增加呈现出先减小后增大的趋势,但相函数随着波长的增加,并没有呈现出简单的线性关系.