离散介质中偏振光多次散射的传输特性分析-通信与信息系统专业论文.docxVIP

离散介质中偏振光多次散射的传输特性分析 摘 要 光在离散 介质中 会多 次散射形 成偏振 ，其 过程对偏 振信息 具有 重要的影 响， 本文主 要研究 其多 次 散射的 传输特 性， 讨 论了偏 振光的 偏振 度 随传播 、散射等 复杂变 换后的 纵向 演 化特性 和横向 统计 变 化特性 。基于 米氏 散 射理论 ，采用蒙 特卡罗 方法， 构建 了 偏振光 多粒子 多次 散 射模型 ，以球 形粒 子 为散射 粒子，以 不同物 理量的 参数 化 描述为 偏振传 输作 用 函数的 影响因 素， 定 性和定 量研究了 偏振光 的多次 散射 传 输特性 ，在实 验数 据 的基础 上分析 研究 介 质中散 射粒子不 同尺度 分布下 的偏 振 光传输 特性。 结果 显 示：圆 偏振光 的前 后 向散射 表现出不 同的特 性；圆 偏振 和 线偏振 都能较 好的 保 持其自 身的偏 振状 态 ；偏振 度在传输 轴上最 大，越 偏离 传 输轴偏 振度越 小； 偏 振度的 半高 宽度随 着 散射粒 子尺度的 增大而 增大， 而散 射 光强度 的半高 宽度 随 着粒子 尺度参 数的 增 加呈单 调递减趋 势。论文 的主要 工作 如下： (1) Mueller 矩阵描 述了 散射平面 上均匀 球形 粒子的散 射，揭 示的 是介质中 散射粒 子的偏 振特 征 ， 直接 影响到 光子 与 散射介 质的碰 撞过 程 ，本文 分析研究 了 Mueller 矩阵中 四 个独立元 素随散 射角 的变化特 性。 (2) 现有 多 次 散 射 模 型 仅 考 虑 粒 子 尺 寸 为 均 匀 分 布 的 情 况 ， 由 于 实 际 中 气 溶胶并 不是只 含有 一 种尺寸 的粒子 ，本 文 在多次 散射模 型建 模 中加入 了粒子尺 寸的不同 分布， 采用 对数正太 谱分布 和 Junge 谱分布 描述气 溶 胶的尺度 分布， 建立了偏 振光多 粒子 多次散射 模型。 (3) 结 合 几 种 介 质 环 境 和 不 同 的 影 响 因 素 ， 设 计 了 多 组 仿 真 实 验 ， 对多因 素影响 下偏振 光在 散 射介质 中的传 输特 性 进行 定 性和定 量的 分 析，影响因素包 括入射 光波长 、入 射 光偏振 态、散 射粒 子 尺度参 数、散 射系 数 和传输 距离。主 要研究 偏振特 性在 经 历传播 、散射 等过 程 后的纵 向演化 特性 和 横向统 计变化特 性。 关键词： 偏振传输特 性 ；偏振 态；粒 子尺 度分布 ； 米氏多次散 射；蒙特 卡罗； Mueller 矩 阵；斯 托克 斯矢量 Propagation Properties of polarized light after multiple scatterring through a discrete media Abstract W h e n t h e s u n l i g h t i s g o i n g t h r o u g h t h e d i s c r e t e m e d i a i t w i l l b e s c a t t e r r e d m u l t i p l l y t o p r o d u c e p o l a r i z a t i o n , t h e p r o c e s s h a s a n i m p o r t a n t a ff e c t o n t h e p o l a r i z a t i o n i n f o r m a t i o n . I n t h i s t h e s i s t h e t r a n s m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m u l t i p l e s c a t t e r i n g a r e m a i n l y s t u d i e d , t h e v e r t i c a l e v o l u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d l a t e r a l s t a t i s t i c a l v a r i a t i o n s o f p o l a r i z a t i o n d e g r e e o f p o l a r i z e d l i g h t u n d e r c o m p l e x t r a n s f o r m e d w i t h p r o p a g a t i o n a n d s