隨機粗糙表面近紅外偏振散射特性數(shù)值分析與實驗研究.pdf

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

2、得的本地場代入電磁散射的經(jīng)典積分方程（Stratton-Chu方程）求解空間一點的散射場，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方法來處理粗糙表面幾何輪廓的隨機性，建立了基于Kirchhoff近似的Monte-Carlo方法，對隨機粗糙表面的光散射特性進行數(shù)值研究，本文的推導(dǎo)是矢量的，對散射特性的計算可以不局限于散射光強度，進而對粗糙表面的偏振散射特性進行研究。
　　 對粗糙表面的散射光強度分布

3、特性進行數(shù)值研究，通過大量較系統(tǒng)的數(shù)值計算得到了強度分布特性隨標(biāo)準(zhǔn)差，相關(guān)長度，入射光偏振態(tài)，表面材質(zhì)等的變化規(guī)律，并對這些規(guī)律進行定量的解釋。
　　 幾何輪廓較為復(fù)雜的二維隨機粗糙表面更接近實際的目標(biāo)表面，本文將數(shù)值算法擴展至二維，實現(xiàn)了很少有文獻報道的二維隨機粗糙表面光散射數(shù)值計算，并且在散射光強度的基礎(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粗糙表面的散射光分布特性。對金屬和電介質(zhì)隨機粗糙

4、表面的散射光Stokes參量的分布規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)金屬表面散射光的V分量存在相對入射面反對稱的峰，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因素的作用結(jié)果，而這個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)的散射截面測量系統(tǒng)只能對入射面內(nèi)的散射光進行測量，本文中設(shè)計的測量系統(tǒng)突破了這一局限，實現(xiàn)了對散射光隨