顆粒污染光學(xué)反射鏡面散射特性建模與驗(yàn)證.pdf

1、光學(xué)反射鏡面在其裝調(diào)、使用時(shí)容易受到顆粒附著造成污染。顆粒污染會(huì)對(duì)鏡面的散射性能造成影響，污染嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較多的雜散光，降低光學(xué)系統(tǒng)的信噪比。本文對(duì)顆粒污染反射面的散射特性進(jìn)行研究，并利用BRDF（雙向反射分布函數(shù)）定量描述鏡面的散射性能。
　　首先，列舉了描述粗糙表面的幾種散射模型。認(rèn)為用理論方法求解顆粒散射時(shí)有顆粒直徑和顆粒間距的約束，因而選擇數(shù)值解法。對(duì)有限元法、時(shí)域有限差分法和矩量法做出比較分析后，最終選擇有限元法進(jìn)行數(shù)

2、值計(jì)算。對(duì)電磁波與輻射量的關(guān)系做了探討，給出了電場(chǎng)強(qiáng)度矢量和輻照度的數(shù)學(xué)關(guān)系式。
　　其次，顆粒污染鏡面總BRDF由干凈鏡面與隨機(jī)分布顆粒兩部分BRDF組合得到。干凈鏡面BRDF由經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ颓蟮?，隨機(jī)分布顆粒BRDF通過電磁有限元分析軟件COMSOL建模求解，推導(dǎo)了通過電場(chǎng)強(qiáng)度矢量計(jì)算BRDF的數(shù)學(xué)公式。本文針對(duì)短波和中波紅外波段作為研究波段，顆粒尺寸選擇在瑞利散射和米氏散射都不適用的λ/10到10λ。選取入射平面作為觀察平面，對(duì)計(jì)

3、算結(jié)果進(jìn)行了分析說明。論文對(duì)影響顆粒散射的因素進(jìn)行了計(jì)算研究，討論了顆粒散射與入射波長(zhǎng)、顆粒直徑和分布密度的關(guān)系。論文還利用顆粒在各個(gè)角度的大量散射數(shù)據(jù)擬合出ABg模型中的待定參數(shù)，得到顆粒的完整BRDF分布，從而得到了污染鏡面的總BRDF。
　　最后，設(shè)計(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。選擇粒徑為2.5μm的氧化鋁拋光粉作為污染顆粒，通過光學(xué)顯微鏡定量觀察得到顆粒分布密度，對(duì)污染載玻片和干凈載玻片分別BRDF測(cè)量后相減得到隨機(jī)均勻分布顆粒的散射曲線