均匀及非均匀粒子彩虹特性研究

【摘要】： 本文基于小粒子散射的 Lorenz－Mie 理论，结合彩虹的其它理论（几何光学 理论、Airy 理论、Debye 理论）研究了均匀球、柱粒子各阶彩虹强度分布和频谱 特点。研究结果表明对某些特定材料（对应确定的折射率范围），其球、柱粒子一 阶或二阶彩虹不是单一阶次彩虹的强度分布，而是低阶（一阶或二阶）与高阶（三 阶以上）彩虹的干涉叠加分布。提出了对干涉强度频谱进行低通和带通滤波、IFFT 的方法，从干涉强度分布中分离重建各阶彩虹。重建的彩虹强度分布与 Debye 理 论模拟结果进行了比较，吻合很好。上述的理论结果得到了实验验证。利用 Lorenz －Mie 理论模拟了均匀粒子二阶彩虹的 ripple 频率与粒子直径的关系，获得了 ripple 频率与直径的经验公式，并用于粒子直径的实验测量中，测量精度很高。 本文还利用 Lorenz－Mie 理论分析了非均匀球粒子各阶彩虹的强度和频谱分 布特点，利用 IFFT 方法重建了各阶彩虹的强度分布；分析研究了各阶彩虹的 Airy 峰角位置与折射率分布的关系，并与非均匀粒子射线追迹理论的模拟结果进行比 较。