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物理学报 2014年第9期63卷 126-130页

作者：宋洪胜庄桥刘桂媛秦希峰程传福山东建筑大学理学院济南250101 山东师范大学物理与电子科学学院济南250014

利用直透光波和高斯散斑场的叠加理论和基尔霍夫近似研究了菲涅耳深区散斑的构成,给出了菲涅耳深区散斑场及其强度概率密度和对比度的表达式.利用原子力显微镜测量的随机散射表面高度分布数据模拟菲涅耳深区不同散射距离处散斑,并计算... 详细信息

利用直透光波和高斯散斑场的叠加理论和基尔霍夫近似研究了菲涅耳深区散斑的构成,给出了菲涅耳深区散斑场及其强度概率密度和对比度的表达式.利用原子力显微镜测量的随机散射表面高度分布数据模拟菲涅耳深区不同散射距离处散斑,并计算绘出其强度概率密度和对比度曲线.理论与模拟相结合研究这两个统计函数的特征和直透光强所占比例的影响,以及它们随散射距离的演化规律.

关键词：菲涅耳深区散斑概率密度对比度

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菲涅耳深区散斑及随机散射表面标定的研究

菲涅耳深区散斑及随机散射表面标定的研究

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作者：姜增顺山东建筑大学

学位级别：硕士

相干光经粗糙表面或富含散射微粒的媒介透射(反射)后形成的复杂随机光场结构,称为散斑。一般来说,散斑的性质是由粗糙表面或者富含散射微粒介质和散射光波所经过的光学系统共同决定的,其中散射体所引起的光波的初始随机相位起伏的剧烈... 详细信息

相干光经粗糙表面或富含散射微粒的媒介透射(反射)后形成的复杂随机光场结构,称为散斑。一般来说,散斑的性质是由粗糙表面或者富含散射微粒介质和散射光波所经过的光学系统共同决定的,其中散射体所引起的光波的初始随机相位起伏的剧烈程度对散斑场的概率分布等统计特性有着重要的影响。根据散射体的粗糙程度,可以把其分为强散射体和弱散射体。根据散斑场与散射体之间的距离(散射距离)不同,散斑场又分为远场散斑(散射距离为十几个波长以上)和近场散斑(散射距离在一个波长以内),而散射距离在一个波长到十几个波长之间的称之为菲涅耳深区散斑。在散射光从散射表面开始向观察面传播时,部分光波不可避免地受到临近微表面起伏的遮蔽影响,如果不考虑更加微弱的二次散射,这些光波就无法到达观察面,即遮蔽效应。散射距离越小,遮蔽效应就越明显。因此,考虑遮蔽效应后,模拟的菲涅耳深区散斑所含散射表面的信息更能接近于实际情况,这对研究光波的随机散射及表面无接触标定等方面有一定的理论参考意义。本学位论文对三维自仿射分形随机表面进行模拟产生,并分析粗糙度、相关长度和分形指数等统计参量对表面形貌的影响;把遮蔽效应引入到基于基尔霍夫近似的菲涅耳深区散斑的模拟中,研究散斑统计分布规律及与表面形貌和大小的关系;提出直透光波与正态散斑叠加的理论,利用菲涅耳深区散斑对随机表面的粗糙度、相关长度和分形指数等统计参量进行标定。本文共分为六个章节。第一章对随机表面参量及其统计特性和标定方法、光散射的基本原理以及散射遮蔽效应的进展和最新动态等进行综述。详细介绍了随机表面的各种参量及其统计特性在表面上的体现以及影响,并对表面参量的各种标定方法进行了论述,详细介绍了光散射法,并介绍了本文所用的Kirchhoff近似的光散射原理。最后对遮蔽效应的计算和研究进展进行了介绍。第二章介绍了散斑的概念,并对散斑场中的“随机行走”模型的描述进行了解释说明;对散斑的一些统计特性,如散斑场的光强概率密度函数、对比度、信噪比等统计分量进行了介绍,并解释了正态散斑的概念,同时证明了正态散斑的复振幅的实部与虚部具有圆对称性;又根据散射体和入射波长的关系、散射距离的长短以及散射体是否相对观察面运动,由这三个方面对散斑场进行了分类;最后对散斑在各个领域的发展和应用进行了介绍。第三章介绍随机表面在各个领域的应用以及产生随机表面的方法,提出了带有分形指数的自仿射分形表面。根据产生的几个自仿射分形表面,对其给定的参量进行实际模拟参量的验证分析,结果表明产生的自仿射分形表面的实际参量比较稳定,这为随机表面在各个领域的研究和发展有一定的影响作用。第四章,在考虑了更加严格的随机表面自我遮蔽效应的前提下,利用光学散射理论模拟计算出菲涅耳深区散斑。我们研究了弱散射体形貌与菲涅耳深区散斑强度分布的反对称关系,发现其强度统计分布与实验测量结果更加接近,都属于非高斯散斑。最后结合散射遮蔽效应研究了随机表面的有效散射面积随散射表面及散射距离的变化特征。探究随着散射面积增大,散射表面上不同位置形貌对应散斑场的光强变化趋势。第五章介绍了一种在散射距离极近的情况下的新的弱散射体散射形成的非正态散斑近似模型:由直透分量和正态散斑的叠加组成非正态散斑,并与原有的由均匀背景光和正态散斑叠加的非正态散斑的近似模型进行对比,对比发现新的非正态散斑模型与真实散射的情况更为贴近;在此基础上由第四章的表面形貌和散斑场光强分布的反对称关系,利用非正态散斑的近似模型进行表面的各种参量的提取,结果发现对菲涅尔深区散斑场复振幅提取能得到散射体的大量信息,这对表面的光学标定方法的研究有一定的影响意义。第六章总结了本学位论文的主要工作以及取得的各种成果,对本文的创新点进行了汇总,最后简要地对下一步将要进行的工作和方向进行了大致的规划。

关键词：散斑随机表面散射菲涅耳深区遮蔽效应

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菲涅耳深区的散斑光强概率密度

引用

山东师范大学学报（自然科学版） 2006年第2期21卷 48-50页

作者：陈小艺滕树云宋洪胜程传福山东师范大学物理与电子科学学院济南250014 山东建筑工程学院济南250014

利用基尔霍夫衍射理论分析了菲涅耳深区内的散斑场,得到了菲涅耳深区散斑光强的一般表达式.通过数值计算研究了菲涅耳深区的散斑光强分布,并由所得的光强数据统计计算了菲涅耳深区散斑光强概率密度,分析讨论了菲涅耳深区散斑光强概率密... 详细信息

利用基尔霍夫衍射理论分析了菲涅耳深区内的散斑场,得到了菲涅耳深区散斑光强的一般表达式.通过数值计算研究了菲涅耳深区的散斑光强分布,并由所得的光强数据统计计算了菲涅耳深区散斑光强概率密度,分析讨论了菲涅耳深区散斑光强概率密度随散射距离的演化规律.

关键词：菲涅耳深区随机表面散斑光强概率密度

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