非均勻粒子光散射特性及折射率分布測量研究.pdf

1、大量的工業(yè)過程(如燃燒、流體、化學(xué)反應(yīng)等)、大氣測量、環(huán)境檢測等許多領(lǐng)域要求對微小粒子的形狀、濃度、光學(xué)特性及尺寸分布進行快速準(zhǔn)確的測量。粒度分析的光散射法以其快速、非接觸測量等優(yōu)點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量方法。其主要工作和成果如下： 1．詳細(xì)推導(dǎo)了無限長非均勻介質(zhì)圓柱對垂直入射平面波的散射理論：在非均勻球粒子對平面波散射場改進算法的基礎(chǔ)上，提出了無限長非均勻介質(zhì)圓柱對垂直入射

2、平面波散射場的改進算法；與已有算法相比，該算法所能計算的粒子的尺寸參量超過10<'4>，粒子的分層數(shù)可達到10<'4>，計算復(fù)雜度減小，相同參量所用的時間明顯縮短。該算法可以計算吸收、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試領(lǐng)域。 2．推導(dǎo)了無限長非均勻介質(zhì)圓柱對任意方位斜入射平面波的散射理論；提出了計算其散射場的改進算法；用。Intel Pentium 4，CPU2.93 Ghz，512M內(nèi)存的計算

3、機，該算法所能計算的粒子的尺寸參量超過10<'4>，粒子的分層數(shù)可達到10<'6>．計算時間明顯縮短；研究結(jié)果表明該算法的計算能力還與計算機內(nèi)存大小有關(guān)系。該算法為利用彩虹法進行非均勻粒子的粒度測量提供了更多信息。 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，利用低通、帶通濾波和：IFFT方法，將各階彩虹從相互干涉的強度分布中

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級數(shù)展開式，模擬了梯度折射率聚合物光纖的彩虹強度角分布，結(jié)果表明彩虹強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度