粗糙铜表面对低频太赫兹波的散射实验

搭建了以0.2 THz返波管振荡器源、热释电探测器、小型自动旋转光学平台等组成的太赫兹波目标散射特性实验测试系统,对两种不同粗糙度铜盘表面的散射特性进行了测试,表明:太赫兹金属粗糙目标散射中导体表面的感应电流产生电磁散射和粗糙导体表面引起的朗伯散射是同时存在的;在斜入射时这种近似于朗伯体的金属粗糙表面几乎可以被看成镜体,但随着目标表面的粗糙度变大,反射变弱,散射增强,主峰向小于反射角的方向偏移;在垂直入射的情况下,散射角小于40度时散射曲线下降较快,超过40度散射曲线变化变得很缓慢,但在50度附近很多材料都会出现一个小的散射峰.     

激光束海面散射回波建模与仿真

海面散射回波是激光探测系统探测低空掠海目标时的主要干扰,基于Pierson-Moscowitz海浪谱建立了不同风速下粗糙海面的几何模型,并将其作为海面的高度场。在对海面进行面元分割的基础上,根据Cox-Munk关于海浪坡度的统计模型计算了面元的反射回波,建立了粗糙海面的光散射模型,利用该模型对一种圆锥视场入射激光束的散射光分布及探测器接收功率进行了仿真计算。研究结果表明,粗糙海面的散射光分布与入射角度及风速相关,圆锥视场入射激光束的散射光主要分布在入射光束镜像方向周围的立体空间,风速越小,散射光分布越集中;风速越大,散射光分布越分散,为粗糙海面激光束散射特性分析及散射回波计算提供了重要理论依据。     

粗糙球体和锥体目标激光散射非相干分量比

为了研究激光散斑对目标探测的影响,采用物理光学近似方法,进行了平面波激光照射在粗糙球体和圆锥体目标时对散射场统计特性的理论分析,推导了粗糙体目标散射场量的二阶统计矩, 数值计算了粗糙球体和锥体的非相干散射分量比随粗糙度、散射角、半径及目标材料的变化情况。结果表明,散射角的变化对粗糙球体散射非相干分量比有影响,粗糙度变大,目标的非相干分量占总散射分量的比重越大;随着粗糙球体半径变小,球体表面越粗糙;圆锥体目标散射非相干分量比的峰值位置随粗糙度变化而不同,但其峰值均位于镜反射方向上;金属类材料比非金属抛光铝材料的非相干分量比小,且半径变化与非相干分量比成正比。该研究结果可为更复杂目标激光散射特性和激光散斑探测、识别的研究提供一定的参考价值。     

不同粗糙度表面双向反射分布函数的实验研究

为了研究目标表面的激光散射特性,利用双向反射分布函数的方法,采用自行设计的双向反射分布函数测量装置对样品表面双向反射分布函数进行了实验测量研究。以BaSO4粉压制板作为漫反射标准板,通过样本比值法进行对比研究,得到了样品在不同粗糙度和不同入射角下反射光的空间分布。结果表明,粗糙度越小,样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越大,镜反射现象越明显;入射角度越小,样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越小,呈现出一定的漫反射特征;反之亦然。反映出不同粗糙度表面对激光散射程度不同。     

一维随机粗糙表面散射特征的数值分析

本文在Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ近似基础上，利用数值积分方法分析了一维随机粗糙表面的散射特征。结果显示随着粗糙度的增大，单次散射峰值由连续地向后向移动，其强度不断降低。峰值宽度增加。在一个较窄的粗糙度范围内，散射场对称于表面法线呈近似余弦分布而接近于理想朗伯体。当粗糙度超过这一范围时，散射峰值将由线向后向移动，并在粗糙度很大时稳定在后向附近。     

激光探测尾流微气泡的偏振特性研究

为了研究尾流中激光照明气泡幕的散射光强度和偏振的特性,利用基于偏振光传输的蒙特卡洛模型,对偏振激光入射含气泡群水体的三维空间分布模式进行仿真计算。研究了气泡和气泡群在不同气泡尺度,不同散射角条件下的散射光强和偏振状态;分析了气泡幕的气泡数密度,厚度对于散射光强度和偏振状态的影响。研究表明,散射光的强度和偏振度对气泡尺度和散射角较为敏感,气泡尺度参数越大,散射光强和偏振特征越趋向于集中在传输方向的小角度散射;气泡幕的数密度和厚度越大,散射光的强度随散射角度变化的敏感度下降,退偏振效果增强。     

电介质粗糙表面光散射特性

为了研究电介质随机表面散射特性的物理产生机制,采用基于Kirchhoff近似的Monte-Carlo方法进行了数值计算,得到了一组不同粗糙程度的电介质随机表面在s线偏振光入射时的散射光强度空间分布.所有表面自相关长度相同.结果表明,随均方根高度的增加,散射光强度空间分布呈现峰值衰减、展宽和向后向移动的特征.对这些散射特...     

基于Mie氏散射理论的石墨微球颗粒光散射特性研究

本文应用Mie氏散射理论对石墨微球颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得到了消光特性与入射波长及粒子半径,散射强度与散射角以及散射强度与参数x的关系.结果表明,粒子的半径越小,其消光效果越好;入射波长越小,粒子的前向散射强度越强.因此,通过测量前向散射光的分布可以确定微球体颗粒的半径.     

利用散射辐射分布矩测量表面轮廓均方根斜率

为了利用激光散射分布测量表面粗糙度参数,从分析高斯粗糙表面非傍轴散射光能量的角分布特征与轮廓均方根斜率之间的关系,得到了利用散射角分布进行粗糙表面横向粗糙度参数的测量方法。提出了散射光的两个特征值：辐射立体角密度矩M(θ)和M（φ）,用以表征散射光能量立体角分布情况,并给出了在非傍轴远场条件下的测量和计算方法。实验证明,给出的特征参数能够得到散射光能量立体角分布特征并可用于测量粗糙表面横向形貌参数。     

目标反射特性对激光测距的影响

针对非合作小目标激光测距系统,目标表面的反射特征对激光回波信号有很大的影响。建立测量表面双向反射分布函数(BRDF)的装置,对常用的两种热控材料——白漆涂层和F36多包层,测量了其在1064 nm波长下的双向反射分布函数。得出了白漆涂层镜面反射很小,散射角较大,利于各方向接收回波信号;而F36多包层镜面反射很强,散射角-2°~2°,不利于探测。通过由表面BRDF与由朗伯散射计算得到的最小接收功率的比较,得出了入射角大于45°入射白漆涂层时,回波信号较小;大于2°入射F36多包层时,没有回波信号。     

典型粗糙表面激光后向散射特性实验

对现有的粗糙度比较样块和其他典型粗糙目标进行了后向光散射特性的实验。实验结果表明,当入射光为632.8 nm波长时,随着入射角的增大,不同的被测目标的散射强度变化得比较明显。如果被测目标的表面斜率均方根比较接近,可以发现它们整体的散射光强度变化趋势几乎一样,而且它们的偏振度也相差不大。表面斜率很小的被测目标,相对其他被测目标,其散射光光强明显大很多,其偏振度也是最大的,说明相对光滑的表面探测到的后向散射光强度比相对粗糙表面探测到的散射光强度大得多。文中关于典型粗糙表面后向散射偏振特性的研究结果对于探讨进行目标识别的理论及应用方面有一定的价值。     

单层二氧化钛薄膜的偏振散射特性

为了用散射法研究单层薄膜表面粗糙度的变化规律,以光学薄膜矢量光散射理论为基础,分析了单层二氧化钛薄膜分别在完全相关和完全非相关模型下的偏振双向反射分布函数,以及P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp随散射方位角的变化关系。理论研究结果表明:随着散射方位角的变化,P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp强烈依赖于膜层界面粗糙度的相关特性。在完全相关模型下,随着入射角的增加,BRDFpp随着散射方位角变化时所出现的谷值会随着入射角的增加而减小。     

海浪光散射特性的理论研究

用随机镜面模型建立分析海浪光散射特性的理论方法。计算了太阳光照射下不同海况海浪散射的空间分布变化趋势，表明随着海面均方根斜率增大，散射分布半峰宽度不断增大。     

超辐射发光二极管的散斑自相关法表面粗糙度测量研究

利用相干或部分相干光被粗糙表面散射产生的散斑现象进行表面粗糙度测量是一类有应用前景的在线测量技术。研究了窄带连续谱光束被随机粗糙表面散射形成的远场散射光场的散斑延长效应和将其应用于表面粗糙度测量的可行性。理论和模拟研究表明:随着观测点逐渐远离散射光场中心,散斑延长率越来越大;在相同的观测位置,表面的粗糙度越小,散斑延长率越大。构建以超辐射发光二极管（Superluminescent Diode,SLD）为光源的实验系统,以散斑延长率衍生的光学粗糙度指标来衡量表面粗糙度,对电火花加工的表面粗糙度对比样块进行粗糙度测量实验,结果表明光学粗糙度指标随着被测表面粗糙度的增加而单调递减。比起一组分立波长的光源,采用窄带连续谱光源的表面粗糙度测量系统有更大的测量范围。     

A theory of wave scattering from an inhomogeneous layer with an irregular interface

Bistatic wave scattering from a layer of Rayleigh scatterers with an irregular interface is investigated by combining the doubling method in volume scattering with the Kirchhoff method in rough surface scattering. Theoretical results are shown illustrating the effect of the rough interface. It is found that for scattered and incident angles near the vertical, the rough interface causes a substantial increase relative to the plane interface in both the like and cross-scattering coefficients over all azimuth angles. However, for large scattered and incident angles, the reverse is true except for azimuth angles around the specular direction. It is interesting to note that while one dominant peak of the like polarized scattering coefficient occurs along the specular direction, two dominant peaks of the cross-polarized scattering coefficient may appear symmetrically with respect to the specular direction. In backscattering, the surface roughness causes a peak to appear in both the like and cross-scattering coefficients at near vertical incidence and also a decrease of these coefficients at large incidence angles.     

钛合金粗糙表面的偏振光及变温BRDF特性

基于红外光谱椭偏仪测得钛合金TC4在298~773 K范围的光学常数,结合Monte Carlo射线跟踪法对钛合金随机粗糙表面的双向反射分布函数(BRDF)进行了研究.分析了不同表面粗糙度、入射光偏振态及温度对钛合金表面BRDF分布的影响.结果表明:偏振光入射下钛合金的BRDF分布随入射角度及表面粗糙度的变化趋势与非偏振光相同;入射平面内粗糙钛合金表面的BRDF随光源偏振态变化与光滑平板具有相同趋势;TE波入射时的BRDF反射峰值大于TM波入射;钛合金粗糙表面的BRDF镜反射峰值随温度升高有下降趋势;在所研究的温度范围内(298~773 K),峰值变化在10.2%以内,温度变化对TM波下钛合金BRDF分布特性的影响大于TE波,且在入射角度增大时影响增大.     

Bistatic specular scattering from rough dielectric surfaces

An experimental investigation was conducted to determine the nature of bistatic scattering from rough dielectric surfaces at 10 GHz. This paper focusses specifically on the dependence of coherent and incoherent scattered fields on surface roughness for the specular direction. The measurements, which were conducted for a smooth surface with ks<0.2 (where k=2π/λ and s is the RMS surface height) and for three rough surfaces with ks=0.5, 1.39, and 1.94, included observations over the range of incidence angles from 20° to 65° for both horizontal and vertical polarizations. For the coherent component, the reflectivity was found to behave in accordance with the prediction of the physical optics model, although it was observed that the Brewster angle exhibited a small negative shift with increasing roughness. The first-order solution of physical optics also provided good agreement with observations for hh-polarized incoherent scattering coefficient, but it failed to predict the behavior of the vv-polarized scattering coefficient in the angular range around the Brewster angle. A second-order solution is proposed which appears to partially address the deficiency of the physical optics model     

基于激光散斑角度相关法表面粗糙度测量

为了完成对精密机械表面粗糙度的精确测量,基于远场角度散斑强度的相关理论,采用激光散斑方法设计了表面粗糙度测量的实验光路。在实验光路中,将平面镜与待测粗糙表面固锁在一起,当转动待测粗糙表面时,平面镜与分束镜、接收屏组成了测量转动角度的光指针,提高了转动角度的测量准确度。在数据处理中,提出了基于MATLAB软件的角度散斑相关度峰值的计算方法,简化了测量步骤,提高了测量速度,进而利用相关度峰值计算求得表面粗糙度。利用设计和组建的系统对平铣表面粗糙度标准模块的表面粗糙度进行了实际测量,并对测量结果与标准样块的标称值进行比较,取得了较高的测量准确度。结果表明,此研究验证了激光散斑方法测量表面粗糙度的可行性,对进一步完善表面粗糙度的精密测量是有帮助的。