离散介质中偏振光多次散射的传输特性分析

摘要

光在离散介质中会多次散射形成偏振,其过程对偏振信息具有重要的影响,本文主要研究其多次散射的传输特性,讨论了偏振光的偏振度随传播、散射等复杂变换后的纵向演化特性和横向统计变化特性。基于米氏散射理论,采用蒙特卡罗方法,构建了偏振光多粒子多次散射模型,以球形粒子为散射粒子,以不同物理量的参数化描述为偏振传输作用函数的影响因素,定性和定量研究了偏振光的多次散射传输特性,在实验数据的基础上分析研究介质中散射粒子不同尺度分布下的偏振光传输特性。结果显示:圆偏振光的前后向散射表现出不同的特性;圆偏振和线偏振都能较好的保持其自身的偏振状态;偏振度在传输轴上最大,越偏离传输轴偏振度越小;偏振度的半高宽度随着散射粒子尺度的增大而增大,而散射光强度的半高宽度随着粒子尺度参数的增加呈单调递减趋势。论文的主要工作如下:
　　(1)Mueller矩阵描述了散射平面上均匀球形粒子的散射,揭示的是介质中散射粒子的偏振特征,直接影响到光子与散射介质的碰撞过程,本文分析研究了Mueller矩阵中四个独立元素随散射角的变化特性。
　　(2)现有多次散射模型仅考虑粒子尺寸为均匀分布的情况,由于实际中气溶胶并不是只含有一种尺寸的粒子,本文在多次散射模型建模中加入了粒子尺寸的不同分布,采用对数正太谱分布和Junge谱分布描述气溶胶的尺度分布,建立了偏振光多粒子多次散射模型。
　　(3)结合几种介质环境和不同的影响因素,设计了多组仿真实验,对多因素影响下偏振光在散射介质中的传输特性进行定性和定量的分析,影响因素包括入射光波长、入射光偏振态、散射粒子尺度参数、散射系数和传输距离。主要研究偏振特性在经历传播、散射等过程后的纵向演化特性和横向统计变化特性。

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表 格 清 单

第一章 绪 论

1.1 论文选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的研究内容

1.4 论文的章节安排

第二章 光在介质中的传输与散射

2.1 光的偏振特性

2.2 微粒散射

2.3 多次散射辐射传输算法

2.4 本章小结

第三章 偏振光多粒子多次散射建模

3.1 传输介质中散射粒子尺度分布模型

3.2 Mueller矩阵特性

3.3 多粒子多次散射建模

3.4 本章小结

第四章 偏振光在介质中的传输特性实验分析

4.1 实验设计

4.2 偏振光多次散射模型的验证

4.3 偏振光传输特性仿真实验与数据分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

研究生期间主要科研工作及成果

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