圆形截面微通道的双一阶彩虹现象研究

摘要

基于几何光学理论及Debye理论,研究圆形截面微通道这一双层圆柱产生的双一阶彩虹现象.由于全反射现象,双一阶彩虹并非始终存在,故通过数值模拟,得出内外径比的临界值来判断双一阶彩虹的存在性.当双一阶彩虹存在时,双一阶彩虹中的β彩虹总是可被观察到;α彩虹在某些情况下会因光强较弱而被淹没在以二阶彩虹为主的其他散射结构中.研究发现α彩虹位于二阶彩虹主峰右侧时,其可被观测到.为此分析α彩虹与二阶彩虹两者主峰散射角重叠这一临界情况,进而提出判断α彩虹能否被被观测到的方法.最后,构建实验系统,以充满去离子水的高硼硅玻璃毛细管为对象进行实验研究,通过CCD相机拍摄彩虹图像.结果表明,毛细管内径为550 m、外径为600m时,其内外径比大于上述临界值0.7485,故双一阶彩虹存在.但是由上述判断方法得出α彩虹无法被观测到,这一结论与仅能从拍摄图像中获得β彩虹结构的现象相符.