14981.基于偏振特性的粒子形態(tài)識(shí)別方法研究

1、基于偏振特性的粒子形態(tài)識(shí)別方法研究ResearchonDiscriminationMethodReseafor10rMorphologyofParticlesBasedonPolarizationCharacteriStiCS領(lǐng)域：光學(xué)工程研究生：翟夢冉指導(dǎo)教師：張紅霞副教授企業(yè)導(dǎo)師：陳家田高級(jí)工程師天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年十二月一令一血，牛_廣一月摘要日常生產(chǎn)和生活中廣泛存在著微小顆粒的集合，即粒子場。對于粒子場中粒

2、子特性的檢測為大氣監(jiān)測、微生物研究以及工業(yè)制備等領(lǐng)域的發(fā)展提供了有力支撐。粒子的形態(tài)是粒子特性的重要指標(biāo)之一，本論文將粒子劃分為均勻球形粒子、非均勻粒子和均勻非球形粒子，基于經(jīng)典電磁理論和有限元分析法，分別建立了粒子散射模型，研究了粒子形態(tài)與粒子散射光偏振特性的關(guān)系，利用幾何近似模型直觀的揭示了粒子散射光偏振態(tài)改變的原因。與傳統(tǒng)散射模型不同，當(dāng)線偏振光沿任意方向入射到任意取向的非球?qū)ΨQ粒子(以橢球粒子為例)時(shí)，本論文綜合考慮到波方程的求

3、解和實(shí)際觀測的需要，進(jìn)行了絕對坐標(biāo)系與粒子坐標(biāo)系參數(shù)的變換，提出絕對坐標(biāo)系下粒子散射光場分布的計(jì)算方法。利用建立的散射模型對球形粒子、非均勻包覆粒子和均勻橢球粒子的散射光特性進(jìn)行了模擬，驗(yàn)證了散射模型的適用性。通過對比三種不同種類粒子散射光偏振特性的差異，提出多相分散系中基于偏振特性的單粒子形態(tài)識(shí)別方法。以干涉粒子成像(IPI)系統(tǒng)中的條紋作為參照，進(jìn)行了球形粒子和橢球粒子散射光偏振特性差異的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本論文的工作對于粒子場中粒子形態(tài)的

4、識(shí)別具有重要意義。本文的主要工作有：1建立均勻球形粒子散射模型，模擬球形粒子散射光強(qiáng)分布，所得結(jié)果與Mie散射結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模型適用性，分析球形粒子散射光的偏振特性。2以包覆粒子為例，分析折射率非均勻粒子散射光的偏振特性。建立球形包覆粒子散射模型，模擬散射光特性，所得結(jié)果與AdenKerker散射結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模型的適用性，分析球形包覆粒子散射光的偏振特性。3以橢球粒子為例，分析非球形均勻粒子的偏振特性。建立粒子坐標(biāo)系下的散射模

5、型，模擬橢球粒子散射光特性，所得結(jié)果與AsanoS散射理論結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模型適用性。進(jìn)行絕對坐標(biāo)系與粒子坐標(biāo)系的參數(shù)變換。提出利用粒子散射光偏振特性區(qū)分球形粒子和橢球粒子的方法。4制備用于偏振特性實(shí)驗(yàn)的橢球粒子樣品。將偏振器件與傳統(tǒng)干涉粒子成像(IPI)系統(tǒng)相結(jié)合，搭建用于檢驗(yàn)球形粒子散射光偏振態(tài)保持特性和非球形粒子散射光偏振態(tài)改變特性的實(shí)驗(yàn)光路系統(tǒng)。以IPI系統(tǒng)中的條紋作為參照，進(jìn)行球形粒子和橢球粒子散射光偏振特性差異的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證