非均勻粒子光散射特性及折射率分布測(cè)量研究.pdf

1、大量的工業(yè)過程(如燃燒、流體、化學(xué)反應(yīng)等)、大氣測(cè)量、環(huán)境檢測(cè)等許多領(lǐng)域要求對(duì)微小粒子的形狀、濃度、光學(xué)特性及尺寸分布進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)量。粒度分析的光散射法以其快速、非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)日益受到人們的重視。本論文系統(tǒng)的研究了非均勻粒子的光散射特性和折射率分布測(cè)量方法。其主要工作和成果如下： 1．詳細(xì)推導(dǎo)了無限長(zhǎng)非均勻介質(zhì)圓柱對(duì)垂直入射平面波的散射理論：在非均勻球粒子對(duì)平面波散射場(chǎng)改進(jìn)算法的基礎(chǔ)上，提出了無限長(zhǎng)非均勻介質(zhì)圓柱對(duì)垂直入射

2、平面波散射場(chǎng)的改進(jìn)算法；與已有算法相比，該算法所能計(jì)算的粒子的尺寸參量超過10<'4>，粒子的分層數(shù)可達(dá)到10<'4>，計(jì)算復(fù)雜度減小，相同參量所用的時(shí)間明顯縮短。該算法可以計(jì)算吸收、無耗的均勻、非均勻粒子，并且適用于光波、微米波和毫米波段及不同的測(cè)試領(lǐng)域。 2．推導(dǎo)了無限長(zhǎng)非均勻介質(zhì)圓柱對(duì)任意方位斜入射平面波的散射理論；提出了計(jì)算其散射場(chǎng)的改進(jìn)算法；用。Intel Pentium 4，CPU2.93 Ghz，512M內(nèi)存的計(jì)算

3、機(jī)，該算法所能計(jì)算的粒子的尺寸參量超過10<'4>，粒子的分層數(shù)可達(dá)到10<'6>．計(jì)算時(shí)間明顯縮短；研究結(jié)果表明該算法的計(jì)算能力還與計(jì)算機(jī)內(nèi)存大小有關(guān)系。該算法為利用彩虹法進(jìn)行非均勻粒子的粒度測(cè)量提供了更多信息。 3．利用非均勻粒子的Lorenz-Mie理論和幾何光學(xué)理論研究了非均勻球、柱粒子的彩虹特性，針對(duì)特定折射率分布的粒子存在不同階次彩虹的相干現(xiàn)象特點(diǎn)，利用低通、帶通濾波和：IFFT方法，將各階彩虹從相互干涉的強(qiáng)度分布中

4、分離重建出來；利用非均勻粒子的Lorenz-Mie理論和Debye級(jí)數(shù)分析了分層粒子的多重一階彩虹現(xiàn)象，為非均勻粒子尺寸參量和折射率分布的測(cè)量提供了重要的理論基礎(chǔ)。 4．利用非均勻柱粒子的Lorenz-Mie理論和Debye級(jí)數(shù)展開式，模擬了梯度折射率聚合物光纖的彩虹強(qiáng)度角分布，結(jié)果表明彩虹強(qiáng)度分布與折射率分布有關(guān)；詳細(xì)討論了一階、二階彩虹的各個(gè)Airy峰角位置隨折射率分布指數(shù)因子和表面折射率變化的關(guān)系；基于非均勻粒子的彩虹強(qiáng)度