粗糙铝表面光谱偏振BRDF的测量与建模

金属铝在航空航天、军事国防、电子通信等领域具有重要应用,对铝材料表面光谱偏振散射特性的研究有助于丰富材料的光学信息,能够为铝材料的应用提供数据支撑.首先基于一套传统双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function, BRDF)测量装置在近红外波段测量了粗糙铝表面的光谱偏振BRDF,并分析了入射天顶角、粗糙度等因素对测量结果的影响.测量结果表明：入射角、波长、偏振态和表面粗糙度对BRDF有显著影响.其次,分别采用Beckmann分布和指数分布概率密度分布函数建立了BRDF模型,并对实验结果进行了拟合.通过对比能够发现：对于同一样品和相同入射条件,不同的模型能够得到不同的拟合结果;对于不同粗糙度的样品采用不同的模型可能得到更好的拟合结果.     

典型粗糙表面的退偏振特性实验研究

为讨论典型粗糙表面对P偏振入射光的退偏振能力,运用斯托克斯矢量-密勒矩阵方法描述光波偏振态的变换过程。在P偏振入射光的情形下,推导了典型粗糙表面密勒矩阵中各元素测量的理论模型。根据理论模型,通过实验测定了不同标准典型粗糙度表面和典型目标表面密勒矩阵的M11/M00值,结果表明:随着表面粗糙程度的增大,M11/M00值逐渐减小;金属目标的M11/M00值高于0.61,迷彩布、木板和水泥板等目标的值低于0.3,金属目标和其他目标对P偏振光的退偏振特性存在显著差异。     

液体表面偏振反射特征研究

简明地阐述了水、油等液体表面的偏振反射特征,分析得到影响液体表面偏振反射的主要因素有液体的种类,波段、方位角、探测角以及光线入射角,这一结果对遥感的定量研究具有一定的理论意义与应用价值。     

高斯粗糙表面辐射特性的数值研究

采用时域有限差分法和近场-远场变换对两种不同材料的一维微尺度高斯粗糙表面辐射特性进行了数值模拟,并将计算结果与其他方法进行了对比分析.研究结果表明,对于理想导电材料表面,随着均方根粗糙度的增加,其双向反射率的尖峰值逐步减小并最终消失;随着均方根粗糙度与表面关联距离之比的增加,向后反射变得愈加明显;相同表面轮廓特征条件下...     

基于反射特性的受原油淋洗剂污染水体光谱特性研究

为了研究不同表面活性剂在淋洗原油污染土壤后对水资源造成的污染,以3种原油污染土壤表面活性剂与淋洗后的溶液为实验样本,在2π空间内测量偏振反射特性,并从表面活性剂原液与淋洗后溶液的偏振反射比与偏振度进行分析.结果表明:3种表面活性剂原液与淋洗后溶液具有液体固有的偏振特性;由于不同表面活性剂对原油污染土壤的洗涤效果不同,淋洗后溶液的偏振反射比也不同;而且随着土壤粒径的变化,3种表面活性剂洗涤原油污染土壤后溶液的偏振反射比也发生变化;表面活性剂淋洗后溶液的偏振度越大,说明洗涤效果不明显,对水资源的污染程度较小;偏振度越小,则洗涤效果较好,对水资源的污染程度较大.     

粗糙表面的毫米波辐射温度建模

在分析辐射能量和温度关系的基础上,利用最小二乘法对天空温度函数进行拟合。基于菲涅尔方程,提出一种可以用于表面粗糙的地面物体辐射温度计算的数学模型。该模型适用于波长介于1～3 mm波段的计算。最后,利用3 mm直流Dicke式辐射计探测地面物体辐射温度的方式对模型进行实验验模。实验结果及误差分析表明,该模型能较好地表征粗糙表面的辐射特性,避免了复杂的电磁计算。     

光的地表反射偏振特性分析及空间偏振模式计算方法

为研究和分析地表反射偏振特性,及其在空间中形成的大气偏振模式,本文基于单因素大气偏振模型,建立地表反射偏振模式模型,仿真三维空间大气偏振模式,研究地表反射及大气传输衰减对大气偏振模式的影响规律．结果表明水域和建筑对偏振度的影响较大,开阔地和植被的影响较小,大气衰减起到消偏作用,偏振方向保持良好对称性．实验结果符合实际测量数据,为大气偏振模式模型的建立提供理论方法．     

反射棱镜的偏振特性分析

根据菲涅耳公式，系统分析了反射棱镜对入射光束偏振态的影响，结果表明：光束偏振态的改变与棱镜的折射率及入射角有关：折射率较小时光束偏振态的改变较小，折射率较大时改变较大；入射角远离极值点也可以减小偏振态的改变．在这个基础上，提出了利用镀制多层介质膜的方法来消除棱镜对反射光偏振态的影响。     

一维随机粗糙表面的生成方法及其随机表面性质的研究

本研究一维随机表面的生成方法，以及生成表面的性质，通过改变表面的参数，可以得到不同的粗糙表面形状，这些粗糙表面可以作为研究粗糙表面电磁散射的基础。     

空间目标的光散射特性研究

利用Modtran大气传输模型计算了不同高度的太阳辐射和傍晚不同时刘的背景辐射．利用基尔霍夫近似法求出雷达散射截面。进而求出双向反射分布函数．通过双向反射分布函数将光辐射的入射照度和目标的散射亮度联系起来．结合目标的几何建模，计算了空中目标在不同位置以及在不同观测站观测时的光谱分布，并与傍晚时刘观测站的背景辐射进行比较。从而确定卫星的最佳观测时间．     

偏振奇偶相干态中光场的偏振特性

利用量子光学中表示量子化光场偏振特性的Stokes算符,讨论了偏振奇偶相干态的偏振特性,研究了在此光场中Stokes参量的涨落及其压缩特性和光场的偏振度.结果表明,在适当的参量与较小的光强下,光场的Stokes参量将出现压缩.随着光强增强,压缩减弱.由于光场的量子化,偏振度永远小于1,且与光强有关.即在量子光学中,不存在完全偏振光,只有在很强的光下,才接近于完全偏振光.     

发光隧道结表面粗糙度的隧道显微镜研究

本文报道用扫描隧道显微镜(STM)在空气中观测淀积在1000A厚的CaF_2薄膜上的Al-Al_2O_3-Au在发光隧道结表面的研究成果。在观测中我们首次发现结表面的CaF_2薄膜呈现出横向相关长度分别为300-700A和30-50A的两种粗糙度;横向相关长度小的粗糙度被横向相关长度大的所调制。这种横向相关长度为30-50A的表面粗糙度的存在与Laks和Mills的表面随机粗糙隧道结发光理论的预期值一致。     

基于偏振成像的目标识别技术研究

提出了一种基于偏振特征的目标识别技术.实验采用He-Ne激光作为照明光源,根据目标散射光偏振度的差异,利用DSP图像采集系统获取了目标的偏振图像,并编写程序计算了图像的灰度值.结果显示:偏振成像技术可以提高目标成像的对比度和分辨率;相对于退偏振强的目标,退偏振弱的目标图像亮度变化明显.所以偏振成像技术可以有效地提高目标探测和识别效率.     

散斑法测量表面粗糙度R_q的研究

围绕光学测量表面粗糙度Ｒ＿ｑ的精度提高问题，应用Ｌｅｇｅｒ理论，侧重讨论了投射到测量表面的两束激光相干光束之间的夹角δｘ的变化对测量结果的影响，指出了一条提高测量精度和扩大测量范围的有效途径。     

利用激光散射原理测量零件的表面粗糙度

运用激光束在加工表面上的散射原理,通过对国内外现有测量方法及测量仪器的研究分析,提出了利用激光散射原理测量表面粗糙度的方法,这种方法作为表面粗糙度的在线测量具有很好的应用前景.     

杯形砂轮磨削球面的表面粗糙度分布

基于杯形砂轮回转式磨削球面原理,对各个砂轮块运动轨迹在球面分段纵切的单位圆周长度上的落点数量进行统计,发现了不同尺寸杯形砂轮磨削球面的轨迹密度及表面粗糙度的分布规律.对比2组粗糙度测试实验,验证了轨迹密度分布所推测结论.实验结果表明,杯形砂轮尺寸、球面工件尺寸是影响杯形砂轮磨削球面粗糙度分布的关键因素.     

熔丝成型薄板表面粗糙度理论模型与实验验证

针对熔丝成型(fused filament fabrication, FFF)产品的表面质量缺陷问题,提出了一种FFF产品表面粗糙度的理论建模方法.以材料丝表面轮廓为研究对象,考虑样件表面的实际情况,分别建立了FFF产品垂直和平行于纤维方向的表面粗糙度理论模型;与此同时,利用激光显微镜完成了相关样件表面粗糙度的实验研究;通过对比理论分析与实验结果,验证了所建模型的正确性;理论模型的敏感性分析研究表明,增大挤出宽度或打印层厚度会增大FFF产品的表面粗糙度,而增大重叠区域宽度则会降低表面粗糙度.     

用散射光测量正弦表面粗糙度参数的反计算问题

本文利用光的角散射分布技术,一般性地解决了正弦表面粗糙度参数的反计算问题。其方法是首先利用 P.Beck-mann 提出的光散射标量理论,计算出光的角散射分布光强。根据光栅方程,得到表面轮廓的平均波长λ_(?);根据角散射分布光强的标准偏差σ,找到了平均斜率Δ_(?)与σ之间的关系,从而得到Δ_(?)的反计算值;再由Δ_(?),λ_(?)与平均粗糙度 R_(?)之间的关系,确定 R_(?)的反计算值。仿真结果表明了该方法的正确性,本文的结果对解决表面粗糙度参数的反计算问题作了有益的探索。     

增材制造中耦合零件表面粗糙度及支撑面积的建造方向优化

以熔融沉积(fused deposition modeling, FDM)技术为基础,研究了建造方向对于零件表面粗糙度以及支撑的影响.通过实验测试新型聚乳酸(polylactic acid, PLA)材料零件不同建造方向下的表面粗糙度,结合理论及经验公式,建立符合实际情况的粗糙度综合预测模型.对于复杂多面体零件,通过选择功能性表面,建立建造方向集合,在有限的方向集合内选择最优建造方向,从而整体提升零件表面粗糙度.提出了基于光固化立体造型术(stereolithography, STL)文件格式的支撑面积数学模型,以支撑面积最小为优化目标,使用遗传算法(genetic algorithm, GA)进行单目标优化,搜寻最优建造方向.针对不同建造方向下,表面粗糙度和支撑面积的耦合问题,建立多目标优化模型,使用遗传算法全局搜寻最优建造方向.     

自然地表红外辐射场模型的改进

改进了以地表一维热平衡方程为基础的地表红外辐射场的理论模型,该模型考虑了具有不同地形的地表微元之间通过反射和透射等多种形式进行能量交换的物理过程.通过实测数据验证模型后发现,该模型模拟的地表温度比较合理.比较了由该模型和概率分布函数模型计算得到红外波段的辐射值,辐射能量结果基本一致;通过该模型的计算机模拟可以得到自然地表红外辐射场,可以反映辐射能量的空间分布.