随机粗糙面光散射的后向增强效应研究

摘要

后向增强现象是粗糙面电磁散射中非常重要的特性，它是指非相干散射分量在后向散射方向上出现峰值的现象，后向增强现象蕴含目标以及背景方面的很多信息，在微波，红外以及可见光遥感和雷达目标探测领域均有着重要的应用。由于光频段金属的介电特性呈现特殊性质，即相对介电常数为复数，且实部为负，实部的绝对值远大于虚部，因此研究光波段金属粗糙面的散射特性有着重要意义。本文主要围绕大粗糙度粗糙面和微粗糙金属粗糙面光散射的后向增强效应展开讨论。
　　本文首先介绍了适用于大粗糙度粗糙面电磁散射的二阶基尔霍夫近似理论，并给出了考虑遮蔽效应的一阶、二阶基尔霍夫近似下非相干散射的散射截面表达式，分别计算和比较了光波段下金属粗糙面和介质粗糙面的非相干散射散射截面的角分布。论证了大粗糙度粗糙面光散射的后向增强效应是由于电磁波在粗糙面之间的多次散射造成的。
　　本文重点研究微粗糙金属粗糙面光散射的后向增强效应。首先，论述了微粗糙金属粗糙面光散射后向增强效应的物理机制——表面等离子体激元(SPPs)机制，并给出了SPPs的色散关系。利用退化的瑞利方程和微扰方法分别计算了光波段下一维高斯谱、矩形谱金属粗糙面和二维高斯谱、圆柱谱金属粗糙面的非相干散射的平均微分反射系数的角分布。计算结果表明只有当入射光是TM极化时一维微粗糙金属表面才会激发 SPPs，造成非相干散射平均微分反射系数的后向增强，而光入射到二维微粗糙金属表面时，四种极化方式都会出现不同程度的后向增强。同时分析了入射角、粗糙面粗糙度和粗糙面介电常数等对后向增强的影响。
　　最后，本文研究了金属薄层和理想导体涂覆介质薄层表面光散射的特性，除了后向的增强还会存在“伴峰”现象，利用色散关系求解了薄层中导波的波数与薄层厚度的关系，并给出了散射角分布“伴峰”的位置与导波波数的关系。利用分层结构中电磁散射的微扰理论分别计算了金属薄层和理想导体涂覆介质薄层表面光散射的平均微分反射系数的角分布。重点讨论了薄层厚度对“伴峰”位置以及“伴峰”强度的影响，分析了入射角、薄层厚度以及介质薄层介电常数等对后向增强的影响。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文结构和安排

第二章 大粗糙度粗糙面光散射的后向增强效应

2.1一阶基尔霍夫近似理论

2.2二阶基尔霍夫近似理论

2.3遮蔽函数

2.4一维高斯随机粗糙面的计算结果与分析

2.5本章小结

第三章 一维微粗糙金属粗糙面光散射的后向增强效应

3.1一维粗糙面电磁散射的微扰理论

3.2微粗糙金属粗糙面后向增强的物理机制

3.3一维高斯随机粗糙面的计算结果与分析

3.4一维矩形谱粗糙面的计算结果与分析

3.5本章小结

第四章 二维微粗糙金属粗糙面光散射的后向增强效应

4.1二维粗糙面电磁散射的微扰理论

4.2二维高斯随机粗糙面的计算结果与分析

4.3二维圆柱谱粗糙面的计算结果与分析

4.4本章小结

第五章 分层微粗糙表面光散射的后向增强效应

5.1分层结构中的微扰理论

5.2分层结构中后向增强和伴峰产生的机制

5.3微粗糙金属薄层表面的光散射特性

5.4理想导体上方涂覆介质薄层表面的光散射特性

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

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