群体粒子场激光侧向散射性质研究及建模分析

【摘要】： 随机分布群粒子入射激光复合散射特性研究在现代科学和工程中有着广泛的应用。本文研究了群体粒子场光学侧向散射特性及其数学模型描述。在用相同波长线偏振和圆偏振两种偏振状态的He-Ne激光束入射到一随机分布群粒子场以产生侧向散射光,并测得散射偏振光强的实验基础上,分析得到了群体粒子场激光侧向散射的特性规律,建立了Muller-Stokes算法数学模型来描述其散射特征,并验证了利用该模型得到的群体粒子场激光侧向散射规律与实验结果是相吻合的。 围绕着群体粒子场侧向散射光的性质分析,本文开展了一系列研究:设计了用于研究群体粒子场激光侧向散射特性的实验系统及实验方法;从实验上测量了不同偏振态入射光照射下不同直径粒子在不同体积分数浓度时侧向散射光的不同偏振态光强,通过相应的处理获得了散射光强度及其偏振度相对散射角的分布图样,分析得到了散射光强及偏振度相对散射角的变化规律;建立了多粒子散射的Muller-Stokes矩阵描述数学模型,利用模型阐明了群体粒子侧向散射的多种性质特征,验证了该模型得到的群体粒子场激光侧向散射规律与实验结果是相吻合的,从而用Muller-Stokes矩阵实现了对群粒子侧向散射现象的简明化数学表示。用此算法对实验得到的数据进行计算得到的结果表明:散射光强呈轴对称分布;散射光偏振特性的变化及用于表示各种特性的矩阵的元素主要决定于散射粒子的大小;另外,群粒子场侧向散射系数亦随粒子直径的变化而变化明显。这种Muller-Stokes算法把散射场模拟成一个光学系统,对入射偏振光束的散射效果给以简明的描述,给出了垂直于入射光方向的平面上各种散射特征的信息。 本文对群粒子场激光侧向散射性质规律的研究结果及建立的群粒子散射数学模型在光散射研究领域尤其是多粒子激光散射的理论及应用方面有一定的价值,在激光散射技术具体应用方面如对糖尿病人血糖浓度的测量,对导弹或火箭羽烟的成分、浓度及其随时间空间的变化情况的测定,对沙尘暴天气进行早期的判断等等也是很有意义的。