【摘要】：偏振作為一種光波的一種特殊行為,能夠帶上其透過(guò)介質(zhì)的信息。從光的偏振特性入手,實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)信息的探測(cè)與分析,是一個(gè)前景十足的研究方向。本文基于蒙特卡洛模型,建立了以Mie散射理論為基礎(chǔ)的偏振輻射傳輸模型,針對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴焰的偏振輻射特性進(jìn)行了深入研究。首先,從光的電磁理論出發(fā),使用斯托克斯矢量法描述光的偏振態(tài)。根據(jù)Mie散射理論,建立了適用于非均勻三維顆粒介質(zhì)的蒙特卡洛偏振輻射傳輸模型,并使用經(jīng)典算例驗(yàn)證了該模型的正確性。對(duì)固體發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴焰進(jìn)行了流場(chǎng)參數(shù)分析,獲取了尾噴焰段的物質(zhì)顆粒分布情況,研究計(jì)算了尾噴焰流場(chǎng)中Al2O3顆粒的物性參數(shù),建立起了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴焰段Al2O3顆粒的分布模型。利用上述計(jì)算模型計(jì)算了自然光透過(guò)尾噴焰段發(fā)生散射行為后散射光的偏振輻射分布特性,重點(diǎn)分析了入射光波段、入射天頂角、探測(cè)天頂角等因素對(duì)于該目標(biāo)偏振輻射特性的影響。考慮到固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行場(chǎng)景,對(duì)低層大氣中云層的類(lèi)型和光學(xué)物性參數(shù)進(jìn)行了總結(jié)。深入討論了三種典型云層——層云、高層云和卷云的偏振輻射特性。引入信噪比參數(shù),計(jì)算了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在三種云層背景下的偏振輻射特性,并對(duì)不同云層的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。得到了卷云背景下本文目標(biāo)更易識(shí)別的結(jié)論。為了更貼近固體發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況,將有效介質(zhì)理論加入原模型中,進(jìn)一步完善了其功能,能夠模擬尾噴焰混入不同類(lèi)型的摻雜顆粒后的偏振輻射特性。利用該模型計(jì)算了炭黑摻雜后尾噴焰偏振輻射特性的變化,討論了幾種不同摻雜體積分?jǐn)?shù)下的模擬結(jié)果,分析獲得了炭黑顆粒摻雜對(duì)于尾噴焰偏振輻射特性的影響。
【圖文】：

圖 1-1 Delta2-7920 噴焰偏振成像偏振探測(cè)技術(shù)在軍事、水下偵查、醫(yī)療診斷、氣象探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、空間偵測(cè)以及 3D 建模[5]等諸多領(lǐng)域發(fā)揮預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)的目標(biāo)探測(cè)技術(shù)博弈中，偏振的重要性進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)偏振輻射特性的研究，意義非凡。偏振輻射特性的研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀tolinus[6]第一次觀測(cè)到光的偏振現(xiàn)象以來(lái)，國(guó)外學(xué)者對(duì)進(jìn)行了長(zhǎng)期且大量的研究。的數(shù)學(xué)表達(dá)領(lǐng)域，最早的研究可以追溯到 19 世紀(jì)中葉次提出一種被后世命名為斯托克斯矢量的四個(gè)參量用偏振光、部分偏振光和非偏振光之狀態(tài)的數(shù)學(xué)表述合了當(dāng)時(shí)的電磁學(xué)理論，得到對(duì)后世影響巨大的電磁是一種電磁波的結(jié)論。利用電磁波方程可以正確描述

光波是由空間中正交分布的電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同構(gòu)成的。如圖2-1，二者均互相垂直，且都垂直于光波的傳播方向。所以可以用兩個(gè)場(chǎng)的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量的坡印廷矢量對(duì)廣博德能留密度進(jìn)行描述。S E H(2-1)圖 2-1 光波的電磁傳播理論其中需要注意的是，所謂的光波的偏振態(tài)，是針對(duì)其電矢量及其振動(dòng)平面而言的。因此需要對(duì)光波的電矢量描述進(jìn)行深入研究。設(shè)光波沿著 z 軸正向傳播，此時(shí)光波的電場(chǎng)分量 E 和磁場(chǎng)分量 H 僅含有 x和 y 方向的分量，，即此二分量在 z 方向的分量均為零。故 t 時(shí)刻在任意 z 坐標(biāo)處的電場(chǎng)分量可表示為式（2-2）。( , ) exp 2 z/( / ) / ) = exp ( ) 0 0x xy ye eE z t i n t T e e i kz t （ (2-2)其中，λ/n 表征傳輸介質(zhì)中的波長(zhǎng)，n 表示復(fù)折射率的實(shí)部（即折射率），λ 表
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V435

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2695313