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表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分

高萍萍 陆敏 王治乐 郭继锴 何晓博

高萍萍, 陆敏, 王治乐, 郭继锴, 何晓博. 表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(5): 975-987. doi: 10.37188/CO.2020-0083
引用本文: 高萍萍, 陆敏, 王治乐, 郭继锴, 何晓博. 表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(5): 975-987. doi: 10.37188/CO.2020-0083
GAO Ping-ping, LU Min, WANG Zhi-le, GUO Ji-kai, HE Xiao-bo. Differentiation of polarization scattering characteristics of surface nanoparticle defects[J]. Chinese Optics, 2020, 13(5): 975-987. doi: 10.37188/CO.2020-0083
Citation: GAO Ping-ping, LU Min, WANG Zhi-le, GUO Ji-kai, HE Xiao-bo. Differentiation of polarization scattering characteristics of surface nanoparticle defects[J]. Chinese Optics, 2020, 13(5): 975-987. doi: 10.37188/CO.2020-0083

表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分

doi: 10.37188/CO.2020-0083
基金项目: 中国航空研究院航空科学基金(No. 20160177007)
详细信息
    作者简介:

    高萍萍(1996—)女,吉林长春人,硕士研究生,2018年于四川大学获得学士学位,主要从事光学检测方面的研究。E-mail:15680805709@163.com

    王治乐(1975—),男,河南偃师人,博士,教授,2004年于哈尔滨工业大学获得光学工程专业博士学位,主要从事光学检测、光学图像处理和光电系统半实物仿真方面的研究。E-mail:wangzhile@hit.edu.cn

  • 中图分类号: O436.2

Differentiation of polarization scattering characteristics of surface nanoparticle defects

Funds: Supported by Aviation Science Foundation of China Aviation Research Institute (No. 20160177007)
More Information
  • 摘要: 为了区分纳米量级的表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,且获得该方法的适用环境与最佳观测条件,根据瑞利散射理论结合偏振双向反射分布函数,建立了两种表面缺陷的偏振散射模型并进行了验证。在此基础上,通过仿真分析得到不同缺陷环境、不同观测条件对两种表面缺陷粒子偏振散射特性的影响。结果表明:利用p偏振光入射表面,而后探测p偏振光的双向反射分布函数值随散射方位角的变化趋势可区分两种表面缺陷;无论表面下方气泡粒子位置如何改变,均不影响该趋势的变化情况;不同光学元件表面材料、缺陷粒子种类、缺陷粒子大小对两种表面缺陷的偏振散射模型有一定影响,但整体趋势不变。实验中,针对本文所述两种表面缺陷进行区分时,可选取入射角度和探测散射角度均为 45°,采用较小波长入射光进行实验。

     

  • 图 1  pBRDF的坐标定义

    Figure 1.  Coordinate definition of the pBRDF

    图 2  光与表面上方颗粒物灰尘的一阶相互作用

    Figure 2.  The first-order interaction between light and particulate dust above the surface

    图 3  表面下方气泡粒子复合散射示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of the composite scattering of bubble particles under the surface

    图 4  不同机理不同方位角下采用本文方法与参考文献[7]方法所获得的BRDFpp

    Figure 4.  BRDFpp values obtained by the methods proposed in this paper and in the reference [7] under different azimuths with different mechanisms

    图 5  表面上方颗粒物灰尘和表面下方气泡BRDFpp值随散射方位角的变化

    Figure 5.  BRDFpp of particle smudge above the surface and bubble below the surface changing with scattering azimuth

    图 6  不同表面下方气泡粒子位置对BRDFpp的影响情况

    Figure 6.  Influence of bubble particle position under different surfaces for the BRDFpp

    图 7  不同表面材料(a),不同表面材料折射率实部(b)及虚部(c)对表面上方缺陷粒子BRDFpp项的影响

    Figure 7.  Influence of different surface materials (a), different real parts (b) and imaginary parts (c) of refractive index on the BRDFpp of defective particles above the surface

    图 8  不同表面材料(a),不同表面材料折射率实部(b)和虚部(c)对表面下方缺陷粒子BRDFpp项的影响情况

    Figure 8.  Influence of different surface materials (a), different real parts (b) and different imaginary parts (c) of refractive index on the BRDFpp of defective particles under the surface

    图 9  不同表面缺陷粒子类型对BRDFpp项的影响情况

    Figure 9.  Influence of different types of surface defective particles on the BRDFpp

    图 10  表面缺陷粒子大小对BRDFpp项的影响情况

    Figure 10.  Influence of surface defects particle size on the BRDFpp

    图 11  不同波长条件下表面上方颗粒物灰尘(a)及表面下方气泡粒子(b)BRDFpp随散射方位角的变化情况

    Figure 11.  Variations of BRDFpp of particle dust above the surface (a) and bubble particle below the surface (b) with the scattering azimuth at different wavelengthes

    图 12  不同入射角探测时表面上方颗粒物灰尘粒子(左侧)及表面下方气泡粒子(右侧)BRDFpp随散射方位角的变化情况

    Figure 12.  Variations of BRDFpp of dust particles above the surface (left) and bubble particles below the surface (right) with the scattering azimuth at different incidence angles

    表  1  两种表面缺陷的不同特性

    Table  1.   Different characteristics of two types of surface defects

    颗粒物脏污气泡
    图示
    位置界面以上界面以下
    缺陷材料主要为灰尘主要为空气
    光束一阶
    相互作用
    三种散射情况:一次、
    二次及三次散射
    一种情况:
    一次散射
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    表  2  颗粒物灰尘折射率(近似SiO2)

    Table  2.   Refractive index of particulate dust (approximate SiO2)

    波长(μm)实部虚部
    0.4031.46980
    0.4731.46390
    0.5201.46130
    0.6331.45700
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    表  3  K9玻璃折射率

    Table  3.   Refractive index of K9 glass

    波长(μm)实部虚部
    0.4031.53059.524 3e-9
    0.4731.52341.005 6e-8
    0.5201.52028.442 3e-9
    0.6331.51511.212 6e-8
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-03
  • 修回日期:  2020-05-27
  • 网络出版日期:  2020-09-02
  • 刊出日期:  2020-10-01

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