光在可变厚度介质中后向散射的偏振特性分析

摘要

光子在大气中传输时,会与介质相互作用,发生后向散射。在后向散射的过程中,后向散射光会含有特定的偏振信息。后向散射光的偏振信息在气溶胶光学、去雾、量子通信、目标识别、遥感探测等领域都有重要的应用价值。偏振光在介质中传输时,其后向散射光的偏振特性会随着介质厚度的改变而发生变化,利用这一特性可以有效地了解散射介质的内部特征。本文根据光在介质中后向散射传输的过程,针对不同厚度下后向散射光偏振特性进行了研究,主要研究内容如下:
　　(1)针对介质中光后向散射传输过程,以Mie散射理论为基础,对典型Monte Carlo偏振模型进行改进,实现了后向散射和介质厚度可变的功能,得到了可变介质厚度的后向散射Monte Carlo偏振模型。根据改进后的偏振模型,将前向散射仿真系统改进为后向散射仿真系统。
　　(2)针对介质厚度对后向散射光偏振特性影响的问题,利用改进后的仿真系统开展了相关的仿真实验,包括介质厚度对后向散射光偏振信息空间分布的影响以及对后向散射光偏振度的影响。仿真结果表明:介质厚度对后向散射光的偏振度和偏振信息空间分布有直接影响;在不同浓度下,介质厚度的增加会起到消偏、起偏等不同的作用;厚度增加对线偏振光和圆偏振光保持能力的影响也是不同的。
　　(3)研究了介质厚度与能见度之间的关系,开展了不同能见度对后向散射光偏振特性影响的实测实验,为仿真结果提供实验支撑。实验结果表明:随着能见度的增加,目标后向散射光的偏振度呈衰减趋势。实测结果与仿真实验中一定浓度范围内,介质厚度对后向散射光偏振度的影响是相符和的,仿真结果得到了验证。

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1 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要内容与章节安排

1.4 本章小结

2 后向散射的基本理论

2.1 光的散射与后向散射

2.2 后向散射的偏振描述与Mie散射模型

2.3 光子散射与介质的相互作用

2.4 本章小结

3 后向散射偏振模型

3.1 Monte Carlo偏振模型

3.2 可变厚度的 Monte Carlo后向散射偏振模型

3.3 本章小结

4 可变厚度的后向散射光偏振特性仿真

4.1 仿真实验设计

4.2 仿真实验分析

4.3 本章小结

5 能见度对后向散射光偏振度影响的实验

5.1 介质厚度与能见度的关系

5.2 实验设计

5.3 实验结果

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况