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基于广义mie散射理论的椭球粒子粒度测量方法研究

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华南师范大学学报（自然科学版） 2011年第B6期43卷 59-62页

作者：陈玲玲段杉杉郭良钟何国军柯文杰韩鹏华南师范大学物理与电信工程学院广东广州510631

基于广义mie氏理论，计算了平面光入射时，椭球粒子的散射光空间分布．并通过数值计算，系统研究了椭球颗粒散射光强分布与颗粒的折射率、长短轴之比和尺度参数的关系，发现可以通过测量散射光的峰值的个数及散射强度第一极小值所在角... 详细信息

基于广义mie氏理论，计算了平面光入射时，椭球粒子的散射光空间分布．并通过数值计算，系统研究了椭球颗粒散射光强分布与颗粒的折射率、长短轴之比和尺度参数的关系，发现可以通过测量散射光的峰值的个数及散射强度第一极小值所在角度来判断椭球粒子的粒度及椭球度．

关键词：广义mie理论椭球粒子粒度测量

具有轨道角动量光束入射下的单球粒子散射研究

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物理学报 2009年第12期58卷 8302-8308页

作者：吕宏柯熙政西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048

根据广义mie理论,研究了具有轨道角动量拉盖尔-高斯光束(LGB)的空间传输特性以及单粒子散射特性.在单体球粒子对高斯光束散射研究的基础上,分析了在自由空间不同传输距离LGB光束的光强分布情况,在不考虑散射和波束相移关系的情况下,将LG... 详细信息

根据广义mie理论,研究了具有轨道角动量拉盖尔-高斯光束(LGB)的空间传输特性以及单粒子散射特性.在单体球粒子对高斯光束散射研究的基础上,分析了在自由空间不同传输距离LGB光束的光强分布情况,在不考虑散射和波束相移关系的情况下,将LGB作为入射高斯光束,通过对波束入射时的散射衰减截面求解得到波束因子,利用矢量球谐函数对入射高斯波束进行展开,从而研究了单球粒子在在轴条件下对具轨道角动量高斯波束入射的散射问题.通过数值计算,讨论了散射强度及角分布在不同波束宽度情况下对其散射特性的影响,并与平面波的情况做了对比.结果表明,当波束束腰半径较小时,束腰半径对衰减率的影响较大,而当束腰半径远大于粒子半径时,接近于平面波的情况.

关键词：广义mie理论轨道角动量 Laguerre-Gauss光束单球粒子

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拉盖尔高斯光束矢量远场单球粒子的散射特性

中国激光 2018年第6期45卷 134-140页

作者：徐强李金刚王旭韩一平吴振森西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071

运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积... 详细信息

运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积增大,位于光轴上的微分散射截面减小;随着粒子尺度参数的增大,消光效率因子、散射效率因子和吸收效率因子出现峰值,并且峰值随着拓扑荷数的增大向着粒子尺度增大的方向移动。

关键词：物理光学散射拉盖尔高斯光束矢量光场均匀球形粒子广义mie理论

球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究

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物理学报 2012年第6期61卷 210-216页

作者：赵继芝江月松欧军叶继海北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性.根据广义mie理论,推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式.针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真,讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的... 详细信息

研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性.根据广义mie理论,推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式.针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真,讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的变化特性,并通过散射系数解释了散射强度分布的振荡现象.结果表明,在聚焦拉盖尔-高斯光束照射下,球形粒子的后向散射强度随着粒子半径的增大而逐渐增大;后向散射强度开始增大时对应的粒子半径与拓扑荷有关.通过与高斯光束的对比,可以看出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射特性的差异,使其在粒径测量、光通信和大气后向散射探测等方面具有潜在应用价值.

关键词：聚焦拉盖尔-高斯光束广义mie理论球形粒子拓扑荷

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双球聚集粒子辐射特性分析

工程热物理学报 2009年第2期30卷 273-275页

作者：齐宏阮立明王希影史萌吕英明哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

基于广义mie理论求解方法(GMM),考虑单元粒子之间的相互作用,计算了不同尺度参数不同间距的双球聚集粒子的衰减因子、散射因子等辐射特性参数,同时分析了双球聚集粒子与不考虑相互作用计算所得的辐射特性差异,分析结果表明:考虑相互作... 详细信息

基于广义mie理论求解方法(GMM),考虑单元粒子之间的相互作用,计算了不同尺度参数不同间距的双球聚集粒子的衰减因子、散射因子等辐射特性参数,同时分析了双球聚集粒子与不考虑相互作用计算所得的辐射特性差异,分析结果表明:考虑相互作用与不考虑相互作用计算所得的双球聚集粒子的辐射特性存在着一定的差别,这种差别随粒子间距、尺度参数的变化而变化,最大偏差达30%左右。

关键词：广义mie理论双球聚集粒子辐射特性

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太赫兹波在烟尘气溶胶中的传播特性

微波学报 2015年第S1期31卷 32-35页

作者：李海英吴振森林乐科卢昌胜张鑫西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071 中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室青岛266107

随着太赫兹波技术的发展,对其在各种大气条件下的传播特性的研究是很有必要的。本文利用扩散限制凝聚模型(DLA方法)模拟了组成烟尘气溶胶的簇团粒子,并利用广义mie理论(GMM)方法计算了不同基本粒子个数的单个簇团粒子对波长分别为30μm... 详细信息

随着太赫兹波技术的发展,对其在各种大气条件下的传播特性的研究是很有必要的。本文利用扩散限制凝聚模型(DLA方法)模拟了组成烟尘气溶胶的簇团粒子,并利用广义mie理论(GMM)方法计算了不同基本粒子个数的单个簇团粒子对波长分别为30μm、35μm和40μm的太赫兹波的散射特性。另外本文还利用蒙特卡罗方法模拟计算了浓度较大的烟尘气溶胶对太赫兹波的衰减特性并将结果与波长为6.2μm的红外波段的结果进行比较,结果显示,太赫兹波在烟尘气溶胶中传播的衰减要小的多,这也说明太赫兹波更加适合在烟尘气溶胶中传播。

关键词：太赫兹波烟尘气溶胶广义mie理论蒙特卡罗方法

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粒子及其聚集体形貌表征和散射特性模拟

粒子及其聚集体形貌表征和散射特性模拟

作者：林莉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

实际大气中分散漂浮着各种形状的颗粒物，这些颗粒物通常不能影响大气的宏观动力学特性，但是可以通过散射作用影响太阳能量在大气中的分配与传播。同时，大气中的颗粒半径尺度和红外波段尺度数量级相近，因而颗粒散射对红外辐射波传递... 详细信息

实际大气中分散漂浮着各种形状的颗粒物，这些颗粒物通常不能影响大气的宏观动力学特性，但是可以通过散射作用影响太阳能量在大气中的分配与传播。同时，大气中的颗粒半径尺度和红外波段尺度数量级相近，因而颗粒散射对红外辐射波传递影响很大，直接影响地球以红外辐射的形式向太空散发热量的过程，使热量难以散发到大气层外，从而引起温室效应。此外，由于粒子的吸收、散射、偏振等光学特性，可减弱雷达探测信号，还可以遮蔽可见光甚至对抗激光，在军事和民用方面都有很多应用，比如制造烟雾来防御激光武器，应用红外粒子制备红外隐身材料等。总之，开展微小粒子散射特性研究对工业、农业、医学、军事等多个学科都有重要意义。基于以上背景，本文主要开展以下三方面的研究： (1)对存在于大气中的单体非球形粒子进行参数化描述，研究了单体粒子形状、粒子空心区域对单体粒子散射特性的影响，并讨论了子弹花环粒子的枝数对粒子衰减特性的影响。研究发现空心部分对粒子衰减特性具有增强效果，此外，子弹玫瑰花粒子的枝数在临界尺度参数之前对散射特性参数影响不大，超出该临界后，散射特性参数在考虑吸收作用时随着枝数的增加而增加，不考虑吸收作用时随枝数的增加不再具有规则性。 (2)在单体粒子散射特性研究的基础上，开展聚集粒子散射特性的研究，以动力学生长模型CCA生成不同形态、结构和分形维度的聚集粒子并进行散射特性计算，讨论了聚集类型、聚集单元粒子的尺度参数及形状对聚集粒子散射的影响。研究表明，在考虑单元粒子间相互作用时，不同聚集类型的聚集粒子平行、垂直散射强度变化趋势保持一致;而在考虑粒子间相互作用时，各聚集类型的粒子平行散射强度在90°散射角都出现极小值。此外，对双粒子聚集体而言，切比雪夫形状对相函数无明显影响，所获衰减截面及吸收截面相对球聚集偏高;椭球形状在小尺度范围内对散射相函数具有较大影响，但所获衰减截面及吸收截面数值相对球聚集偏低;圆柱形状对相函数影响与椭球类似，但随着尺度参数的增加，其衰减截面相对球聚集呈下降趋势，从高于球聚集变化到低于球聚集。 (3)利用多变量分形叠加算法完成三维云场景建模，以单体粒子及聚集粒子的散射计算为基础，对一块高度在2.2km以下的模拟层云进行散射特性计算，并对比了含有不同粒子的三种云的散射特性，它们分别是：纯水云，内含气溶胶粒子的水云，内含气溶胶、圆柱状、聚集状冰粒子的低温水云。结果表明三种云的衰减系数及反照率变化趋势一致，衰减系数的最高值对应在云顶部分。

关键词：粒子形状参数化 DDA T矩阵法广义mie理论云场景建模

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基于可填充粒子的辐射制冷聚合物研究

基于可填充粒子的辐射制冷聚合物研究

作者：孙琪北京邮电大学

学位级别：硕士

随着社会的迅速发展,能源危机与温室效应问题愈发严重。传统有源制冷消耗大量的电能,同时排放大量温室气体,辐射制冷是一种非常环保和高效的无源制冷方式,该方式通过大气窗口向外太空辐射传热以实现物体自身的降温,具备零能耗、零污染... 详细信息

随着社会的迅速发展,能源危机与温室效应问题愈发严重。传统有源制冷消耗大量的电能,同时排放大量温室气体,辐射制冷是一种非常环保和高效的无源制冷方式,该方式通过大气窗口向外太空辐射传热以实现物体自身的降温,具备零能耗、零污染的特点。纳米光学材料的发展,使大规模制备微纳米粒子聚合物材料成为可能。粒子聚合物的制备成本相对较低且表现出了良好的制冷潜力。现有的粒子聚合物辐射制冷材料仍然存在一些问题,例如依靠金属衬底反射太阳光来保证制冷效果,但金属带来了较高的成本,同时无金属的粒子聚合物材料存在制冷功率低的问题。基于此,本文针对无金属衬底的粒子-聚合物辐射制冷结构展开了研究,提出了多种制冷性能与实用性较高的微纳米粒子聚合物结构。具体工作如下:(1)基于FDTD(时域有限差分法),设计与研究了一种混合粒子辐射制冷聚合物结构,该结构制冷性能优越,可实现91%太阳光平均反射率和94%的大气窗口内平均发射率;其日间在环境温度下的净制冷功率199.5 W/m2,可实现低于环境温度23℃的温度。通过验证BaSO4粒子的反射特性与聚合物的光损耗特性,该结构确定了两种发射光谱互补的BaSO4粒子和SiO2粒子,以及PDMS聚合物;通过对各项参数的优化,该结构在0～30μm内具有较为理想的辐射特性,最终得的最佳参数为BaSO4粒子的半径0.2μm、体积分数40%,SiO2粒子半径0.4μm、体积分数10%,厚度仅300μm。(2)基于广义mie理论与蒙特卡洛射线追踪算法,研究了 SiC-PMMA、Ta2O5-PMMA和Si3N4-PMMA三组单粒子-聚合物辐射制冷结构。经过对粒径、体积分数和厚度各项参数的优化,计算了0～20μm的辐射特性,其中SiC-PMMA制冷效果最理想,实现了 96%的太阳光平均反射率和93%的大气窗口平均发射率,日间在环境温度下的净制冷功率为156.1 W/m2,可实现低于环境温度21℃的温度;Si3N4-PMMA结构制冷效果一般,日间在环境温度下的净制冷功率为62 W/m2,可实现低于环境温度7℃的温度;Ta2O5-PMMA效果较差,不利于辐射制冷。此外,针对最优结构SiC-PMMA研究了非单一粒径时粒径分布类型的影响,当粒径服从不同标准差σ的正态分布时,其太阳光反射率与单一峰值粒径的反射率几乎一致;当粒径服从对数正态分布时,其太阳光反射率低于单一峰值粒径下的反射率,对数标准差σ小于0.3nm效果最佳。进一步研究了 SiC-PMMA的角度敏感性,该结构在0～80°下均保持96%以上的高反射率,在0～60°下保持大气窗口内高发射率,可以在广泛的入射角下进行辐射制冷。

关键词：辐射制冷聚合物微纳米粒子广义mie理论蒙特卡洛辐射传递

沙漠背景下可见红外伪装微纳米粒子聚合物薄膜特性研究

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沙漠背景下可见红外伪装微纳米粒子聚合物薄膜特性研究

作者：韩美莹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着科技实力的飞速发展,红外探测技术和红外精确制导武器技术已经取得了相当高的成就,严重威胁到了作战武器和作战计划的安全。为了降低武器被探测的概率,红外伪装技术和可见光伪装技术日益受到各个国家的重视。本文旨在设计一种微纳... 详细信息

随着科技实力的飞速发展,红外探测技术和红外精确制导武器技术已经取得了相当高的成就,严重威胁到了作战武器和作战计划的安全。为了降低武器被探测的概率,红外伪装技术和可见光伪装技术日益受到各个国家的重视。本文旨在设计一种微纳米粒子聚合物薄膜,使薄膜在可见光波段的反射率及大气窗口波段的红外发射率与沙漠背景下的反射率及发射率大小一致以实现沙漠背景下可见光波段和红外波段伪装的目的。本课题采用广义mie理论求解吸收性介质中粒子系光谱特性,然后采用蒙特卡洛方法求解纳米粒子在薄膜的辐射传输过程,计算微/纳米粒子-吸收性介质薄膜的光谱辐射特性,并将薄膜在可见光波段的反射率及红外波段发射率与沙漠背景的反射率及发射率进行对比。研究不加基?的微纳米粒子聚合物薄膜结构,分别是Zn S、PEI、PS、PC、Si C、TiO做薄膜,向薄膜中嵌入Cd S和BaTiO粒子,制成两层薄膜结构,本文模拟了薄膜结构在0.36～20μm波段的光谱特性,探究了粒子粒径d、粒子体积分数fv、薄膜厚度h对于薄膜结构在可见光波段反射率和红外波段发射率的影响规律,最终得到了优化结构:Zn S做薄膜和PEI做薄膜的结构的发射率及反射率曲线趋势与沙漠背景的更接近,因此进一步优化结构,采用粒子粒径为1μm和3μm的多粒径组合结构,采用四层薄膜结构,两层Zn S做薄膜,分别嵌入BaTiO粒子和Cd S粒子;两层PEI作薄膜,分别嵌入BaTiO粒子和Cd S粒子。研究发现当体积分数为10%、厚度为4μm时或者体积分数为22.6%、厚度为2μm时,结构在可见光波段的反射率及红外波段的发射率与沙漠背景的反射率及发射率大小十分相近,具有较好的伪装效果。研究加金属Al基?的微纳米粒子聚合物薄膜结构,分别是采用金属Al作基?,Zn S、PEI、PS、PC、Si C、TiO做薄膜,向薄膜中嵌入Cd S和BaTiO粒,制成三层薄膜结构,探究粒子粒径d、粒子体积分数fv、薄膜厚度h对于薄膜结构在可见光波段反射率和红外波段发射率的影响规律,最后得到了优化结构。采用粒子粒径为1μm和3μm的多粒径组合结构,采用四层薄膜结构,两层Zn S做薄膜,分别嵌入BaTiO粒子和Cd S粒子;两层PS作薄膜,分别嵌入BaTiO粒子和Cd S粒子。研究发现当体积分数为10%、厚度为4μm时或者体积分数为15%、厚度为2μm时,结构在可见光波段的反射率及红外波段的发射率与沙漠背景的反射率及发射率大小十分相近,具有较好的伪装效果。由于加入Al基?,导致薄膜在同一粒子、同一体积分数和同一薄膜厚度下在3-5μm波段和8-13μm波段的红外发射率比不加Al基?的薄膜的发射率增大,可见光波段的反射率减小。这将导致要使具有同样的伪装效果,加基?的聚合物薄膜的厚度要薄或者体积分数要小一些。

关键词：红外伪装可见光伪装广义mie理论蒙特卡洛方法微纳米粒子