隨機(jī)粗糙表面近紅外偏振散射特性數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨機(jī)粗糙表面光散射研究在激光目標(biāo)探測(cè)，精確制導(dǎo)和工業(yè)檢測(cè)方面具有重要意義。本文對(duì)弱粗糙隨機(jī)表面在0.905μm波長(zhǎng)下的光散射特性進(jìn)行一系列研究工作，建立了隨機(jī)粗糙表面光散射的完整數(shù)值算法，通過數(shù)值計(jì)算對(duì)金屬和電介質(zhì)表面的偏振散射特性進(jìn)行研究，對(duì)散射光的分布規(guī)律進(jìn)行了定量的分析和解釋，最后設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)值研究中的典型結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 從電磁理論出發(fā)，應(yīng)用Kirchhoff近似模型求解粗糙表面各點(diǎn)處的本地場(chǎng)，將求

2、得的本地場(chǎng)代入電磁散射的經(jīng)典積分方程（Stratton-Chu方程）求解空間一點(diǎn)的散射場(chǎng)，并通過推導(dǎo)，使該方程轉(zhuǎn)化為可以數(shù)值處理的形式。引入Monte-Carlo方法來(lái)處理粗糙表面幾何輪廓的隨機(jī)性，建立了基于Kirchhoff近似的Monte-Carlo方法，對(duì)隨機(jī)粗糙表面的光散射特性進(jìn)行數(shù)值研究，本文的推導(dǎo)是矢量的，對(duì)散射特性的計(jì)算可以不局限于散射光強(qiáng)度，進(jìn)而對(duì)粗糙表面的偏振散射特性進(jìn)行研究。
　　 對(duì)粗糙表面的散射光強(qiáng)度分布

3、特性進(jìn)行數(shù)值研究，通過大量較系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算得到了強(qiáng)度分布特性隨標(biāo)準(zhǔn)差，相關(guān)長(zhǎng)度，入射光偏振態(tài)，表面材質(zhì)等的變化規(guī)律，并對(duì)這些規(guī)律進(jìn)行定量的解釋。
　　 幾何輪廓較為復(fù)雜的二維隨機(jī)粗糙表面更接近實(shí)際的目標(biāo)表面，本文將數(shù)值算法擴(kuò)展至二維，實(shí)現(xiàn)了很少有文獻(xiàn)報(bào)道的二維隨機(jī)粗糙表面光散射數(shù)值計(jì)算，并且在散射光強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，得到了散射光Stokes參量的半球空間分布，更加直觀和全面地展示了隨機(jī)粗糙表面的散射光分布特性。對(duì)金屬和電介質(zhì)隨機(jī)粗糙

4、表面的散射光Stokes參量的分布規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)金屬表面散射光的V分量存在相對(duì)入射面反對(duì)稱的峰，而電介質(zhì)表面的V分量卻幾乎為零，通過分析將V分量的分布特性歸結(jié)為折射率產(chǎn)生的相位差，本地面元斜率的概率密度以及本地面元反射率三個(gè)因素的作用結(jié)果，而這個(gè)分量在金屬和電介質(zhì)表面上表現(xiàn)出的顯著差異是折射率產(chǎn)生的相位差造成的。
　　 常規(guī)的散射截面測(cè)量系統(tǒng)只能對(duì)入射面內(nèi)的散射光進(jìn)行測(cè)量，本文中設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)突破了這一局限，實(shí)現(xiàn)了對(duì)散射光隨