顆粒污染光學反射鏡面散射特性建模與驗證.pdf

1、光學反射鏡面在其裝調(diào)、使用時容易受到顆粒附著造成污染。顆粒污染會對鏡面的散射性能造成影響，污染嚴重時還會產(chǎn)生較多的雜散光，降低光學系統(tǒng)的信噪比。本文對顆粒污染反射面的散射特性進行研究，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。認為用理論方法求解顆粒散射時有顆粒直徑和顆粒間距的約束，因而選擇數(shù)值解法。對有限元法、時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行數(shù)

2、值計算。對電磁波與輻射量的關系做了探討，給出了電場強度矢量和輻照度的數(shù)學關系式。
　　其次，顆粒污染鏡面總BRDF由干凈鏡面與隨機分布顆粒兩部分BRDF組合得到。干凈鏡面BRDF由經(jīng)驗模型求得，隨機分布顆粒BRDF通過電磁有限元分析軟件COMSOL建模求解，推導了通過電場強度矢量計算BRDF的數(shù)學公式。本文針對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，對計

3、算結果進行了分析說明。論文對影響顆粒散射的因素進行了計算研究，討論了顆粒散射與入射波長、顆粒直徑和分布密度的關系。論文還利用顆粒在各個角度的大量散射數(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，設計了驗證實驗。選擇粒徑為2.5μm的氧化鋁拋光粉作為污染顆粒，通過光學顯微鏡定量觀察得到顆粒分布密度，對污染載玻片和干凈載玻片分別BRDF測量后相減得到隨機均勻分布顆粒的散射曲線