偏振光在椭球粒子烟雾中的传输特性研究

作     者：于婷 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨絮

授予年度：2019年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：偏振传输 椭球形粒子 蒙特卡罗 相函数 光学厚度 

摘      要：大气中粒子的形状与光的偏振态变化密切相关。由于自然界中的沙尘、烟煤等粒子的非球形性,计算偏振光在非球形粒子中的传输特性时,若按照球形粒子计算,会有很大误差。针对上述问题,本文对偏振光在椭球形粒子烟雾中的传输特性展开深入研究。从偏振传输仿真和偏振传输实验两部分,针对不同入射光波长、不同偏振初始状态下的偏振光在不同椭球形粒子烟雾浓度下的变化规律进行了实验测试。为满足烟雾环境中偏振传输测试特性需求,建立人工模拟系统,用自制烟雾模拟装置开展实验。实验以长、短轴比为1.5的两种椭球形粒子(酵母菌粒子、灵芝孢子)为介质,以五种入射光偏振态(0°、45°、90°、135°、左旋)、三个波长(450nm、532nm、671nm)为变量,研究激光在不同条件下的偏振传输特性的变化规律。同时基于随机概率抽样拟合散射相函数的方法,建立椭球粒子的偏振传输蒙特卡罗模型,对光子在椭球形粒子烟雾中的行为追踪并进行统计,模拟出射光最终状态的偏振特性。为了将仿真结果与实验结果建立联系,解决烟雾浓度的不稳定性,本文选用光学厚度表征烟雾浓度,通过三种相似性度量分析仿真和实验结果的相似性,得出实验结论。实验结果表明,随介质浓度升高,不同状态的偏振光都出现了明显的退偏现象。相同条件下,圆偏振光有更好的保偏特性。不同起偏角度的线偏振光对偏振传输特性无明显影响。可见光波段范围内的三个波长对偏振传输特性的影响差异不大。