偏振光在渾濁介質(zhì)中傳輸會(huì)改變其偏振態(tài),從而帶來豐富的偏振信息,是實(shí)現(xiàn)各類偏振技術(shù)的關(guān)鍵。因此,研究偏振光在渾濁介質(zhì)中的多次散射特性具有重要意義。通過仿真實(shí)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)粒子的粒徑與入射光波長(zhǎng)的相對(duì)大小會(huì)在單次散射特性中存在差異,而且不同形狀粒子的單次散射特性也有所不同。為了進(jìn)一步研究粒子形態(tài)對(duì)偏振光多次散射傳輸特性的影響,根據(jù)球形粒子的半徑和非球形粒子的等表面積球等效半徑與入射光的波長(zhǎng)大小關(guān)系,將散射粒子分為瑞利散射粒子和米氏散射粒子,分別在滿足瑞利散射的介質(zhì)中和滿足米氏散射的介質(zhì)中對(duì)圓偏振光和線偏振光多次散射傳輸后保持入射偏振態(tài)的保偏能力進(jìn)行定性和定量的研究。針對(duì)以往基于米氏散射理論精確求解和蒙特卡羅相結(jié)合的方法只能計(jì)算偏振光在在球形粒子介質(zhì)中的傳輸,本文采用T矩陣和蒙特卡羅算法相結(jié)合的方法,該方法不僅可以計(jì)算球形粒子的多次散射傳輸,而且還可以計(jì)算非球形粒子的。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下:（1）基于T矩陣方法計(jì)算橢球形、有限長(zhǎng)圓柱形以及切比雪夫形等對(duì)稱非球形粒子的單次散射特性,并將單次散射Mueller矩陣的各元素隨散射角度的變化關(guān)系制成抽樣查算表,以便后續(xù)矢量蒙特卡羅算法中進(jìn)行散射角... 

【文章來源】：江西理工大學(xué)江西省

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

塵埃氣溶膠粒子的掃描電鏡圖[17]

第一章緒論2國(guó)物理學(xué)家G.Mie求解出其麥克斯韋方程的嚴(yán)格解，得出了任意直徑的均勻球形粒子的散射規(guī)律，這便是著名的米氏理論[8]。因此，人們將散射介質(zhì)中的粒子認(rèn)為是球形粒子，并在米氏散射理論的基礎(chǔ)上，研究偏振光在散射介質(zhì)中的多次散射傳輸，并且通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證[11-13]。然而，自然界中的散射粒子呈非球形是比較普遍的，如大氣中的沙塵粒子、煙煤粒子以及冰晶粒子均為非球形[14]，如圖1.1所示為塵埃氣溶膠掃描電鏡圖。血液中流動(dòng)的血細(xì)胞也呈非球形[15,16]，如圖1.2所示為顯微鏡下血液組織形態(tài)圖。為了進(jìn)一步研究，對(duì)散射介質(zhì)的非球形粒子構(gòu)成進(jìn)行建模，研究偏振光的多次散射傳輸具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值以及現(xiàn)實(shí)意義。圖1.1塵埃氣溶膠粒子的掃描電鏡圖[17]圖1.2顯微鏡下血液細(xì)胞組織形態(tài)圖[18]1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀理論上，研究光在散射介質(zhì)中的傳輸問題，需要求解滿足一定條件的輻射傳輸方程（RadiativeTransferEquation，簡(jiǎn)稱RTE）。1950年，Chandrasekhar推導(dǎo)

第一章緒論6子的形狀的不同可以將渾濁介質(zhì)分為球形粒子介質(zhì)和非球形粒子介質(zhì)。在蒙特卡羅算法中，多次散射傳輸是粒子單次散射的集體體現(xiàn)，因此在實(shí)現(xiàn)多次散射傳輸時(shí)需要先計(jì)算得到粒子的單次散射特性。球形粒子的單次散射特性可以通過米氏散射理論精確求解，而具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的非球形粒子單次散射可通過T矩陣法計(jì)算。圖1.3本文蒙特卡羅算法仿真偏振光在渾濁介質(zhì)中傳輸?shù)倪壿媹D本文擬基于T矩陣方法，建立含有隨機(jī)取向非球形粒子的偏振光多次散射介質(zhì)模型，采用矢量蒙特卡羅算法模擬的方法研究偏振光經(jīng)介質(zhì)散射傳輸后的一般特性。具體研究在非球形粒子構(gòu)成的介質(zhì)環(huán)境中，偏振光經(jīng)歷散射、吸收、衰減等過程后，偏振特性的統(tǒng)計(jì)變化以及光子溢出介質(zhì)后光強(qiáng)的空間分布和偏振度的空間分布情況，研究結(jié)果可為偏振成像技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供理論參考。主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）基于T矩陣方法計(jì)算比較橢球形、有限長(zhǎng)圓柱形以及切比雪夫形等對(duì)稱非球形粒子的單次散射特性，包括散射Mueller矩陣、散射相函數(shù)、散射截面及不對(duì)稱因子等參數(shù)。（2）建立由非球形粒子組成的渾濁散射介質(zhì)模型，將T矩陣程序算得的結(jié)果制成查算表，以供模擬散射過程中進(jìn)行抽樣，并驗(yàn)證模型的可行性。（3）光的偏振狀態(tài)用Stokes矢量進(jìn)行描述，采用隨機(jī)抽樣矢量蒙特卡羅方法模擬偏振光在散射介質(zhì)中多次散射傳輸，通過大量多次散射光子的統(tǒng)計(jì)，分析研究偏振光傳輸后保偏能力等特性的變化。（4）針對(duì)不同偏振態(tài)的入射光，進(jìn)行其在不同形狀粒子組成的介質(zhì)中多次散射


本文編號(hào)：3243923