本文關(guān)鍵詞：顆粒污染光學反射鏡面散射特性建模與驗證

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【摘要】：光學反射鏡面在其裝調(diào)、使用時容易受到顆粒附著造成污染。顆粒污染會對鏡面的散射性能造成影響,污染嚴重時還會產(chǎn)生較多的雜散光,降低光學系統(tǒng)的信噪比。本文對顆粒污染反射面的散射特性進行研究,并利用BRDF(雙向反射分布函數(shù))定量描述鏡面的散射性能。首先,列舉了描述粗糙表面的幾種散射模型。認為用理論方法求解顆粒散射時有顆粒直徑和顆粒間距的約束,因而選擇數(shù)值解法。對有限元法、時域有限差分法和矩量法做出比較分析后,最終選擇有限元法進行數(shù)值計算。對電磁波與輻射量的關(guān)系做了探討,給出了電場強度矢量和輻照度的數(shù)學關(guān)系式。其次,顆粒污染鏡面總BRDF由干凈鏡面與隨機分布顆粒兩部分BRDF組合得到。干凈鏡面BRDF由經(jīng)驗?zāi)Ｐ颓蟮?隨機分布顆粒BRDF通過電磁有限元分析軟件COMSOL建模求解,推導了通過電場強度矢量計算BRDF的數(shù)學公式。本文針對短波和中波紅外波段作為研究波段,顆粒尺寸選擇在瑞利散射和米氏散射都不適用的?/10到10?。選取入射平面作為觀察平面,對計算結(jié)果進行了分析說明。論文對影響顆粒散射的因素進行了計算研究,討論了顆粒散射與入射波長、顆粒直徑和分布密度的關(guān)系。論文還利用顆粒在各個角度的大量散射數(shù)據(jù)擬合出ABg模型中的待定參數(shù),得到顆粒的完整BRDF分布,從而得到了污染鏡面的總BRDF。最后,設(shè)計了驗證實驗。選擇粒徑為2.5μm的氧化鋁拋光粉作為污染顆粒,通過光學顯微鏡定量觀察得到顆粒分布密度,對污染載玻片和干凈載玻片分別BRDF測量后相減得到隨機均勻分布顆粒的散射曲線。對實驗樣品進行了理論建模仿真,結(jié)果表明理論預(yù)測曲線與實驗測量值的量級與趨勢均一致,理論結(jié)果合理地預(yù)測了污染表面上的顆粒散射特性。
【關(guān)鍵詞】：顆粒污染鏡面 光散射 雙向反射分布函數(shù)(BRDF) 電磁有限元分析
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH74;O436.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 課題背景及研究目的和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-17
• 1.2.1 顆粒污染面BRDF研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.2 顆粒散射數(shù)值求解研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀簡析16-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容和研究思路17-19
• 第2章 光散射基本理論與研究方法19-30
• 2.1 雙向反射分布函數(shù)BRDF19-20
• 2.2 粗糙表面散射模型20-22
• 2.3 顆粒散射研究方法22-27
• 2.3.1 理論研究22-25
• 2.3.2 數(shù)值研究25-27
• 2.4 電磁波與輻射能關(guān)系探討27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 第3章 顆粒污染鏡面BRDF建模30-46
• 3.1 引言30
• 3.2 干凈鏡面BRDF模型30-33
• 3.2.1 材料物性對鏡面光學特性的影響30-31
• 3.2.2 干凈鏡面BRDF求解31-33
• 3.3 污染顆粒BRDF模型33-37
• 3.3.1 模型建立33-36
• 3.3.2 BRDF計算方法36-37
• 3.4 仿真結(jié)果及分析37-43
• 3.4.1 波長與BRDF的關(guān)系37-40
• 3.4.2 顆粒直徑與BRDF的關(guān)系40-41
• 3.4.3 顆粒密度與BRDF的關(guān)系41-43
• 3.5 顆粒污染鏡面BRDF43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 實驗驗證與結(jié)果分析46-57
• 4.1 引言46
• 4.2 實驗總體方案46-49
• 4.2.1 實驗設(shè)備46-48
• 4.2.2 實驗方案與流程48-49
• 4.3 BRDF測量49-53
• 4.3.1 測量方法49-50
• 4.3.2 測量結(jié)果50-53
• 4.4 實驗與仿真的比對分析53-56
• 4.4.1 結(jié)果比對53-54
• 4.4.2 誤差分析54-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻59-62
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及其他成果62-64
• 致謝64

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本文編號：1024442