激光探测尾流微气泡的偏振特性研究

发布时间：2024-12-11 22:58

　　 为了研究尾流中激光照明气泡幕的散射光强度和偏振的特性,利用基于偏振光传输的蒙特卡洛模型,对偏振激光入射含气泡群水体的三维空间分布模式进行仿真计算。研究了气泡和气泡群在不同气泡尺度,不同散射角条件下的散射光强和偏振状态;分析了气泡幕的气泡数密度,厚度对于散射光强度和偏振状态的影响。研究表明,散射光的强度和偏振度对气泡尺度和散射角较为敏感,气泡尺度参数越大,散射光强和偏振特征越趋向于集中在传输方向的小角度散射;气泡幕的数密度和厚度越大,散射光的强度随散射角度变化的敏感度下降,退偏振效果增强。

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【部分图文】：

图1 单气泡散射模型

根据Mie散射理论[10-11]，如图1所示，设O点为气泡中心，入射光强为I0，方向沿z轴正方向，若入射光为线偏振光，电矢量方向沿x轴正方向。P点为观测点，则平面POZ称为散射面；θ为散射光线与入射方向的夹角，称为散射角；φ为入射光电场振动方向与散射面的夹角，称为极化角。

图2 部分偏振光全角度模拟

一般来说，除了某些特定角度，散射光均为部分偏振光。由于Mie散射理论中并未直接给出部分偏振光入射情况下的散射光强表达式，而涉及到多次散射的计算中，对二次以上散射的计算都需要解决部分偏振光入射情况下散射光强的计算方法。为此，采用了一种全角度模拟的数值计算方法。部分偏振光是彼此无固定....

图3 不同直径的归一化散射强度和偏振度分布

首先考虑气泡直径不同的情况：当气泡群中气泡直径分别为20、50、100μm，气泡群密度和气泡群厚度不变，分别为10-7/m3和50mm的时候，考虑气泡直径对于气泡群散射光的光强和偏振度的影响。带入设定参数计算得到仿真结果如图3。图中可以看出，散射光强在0～180°的分布规律：(....

图5 不同气泡群厚度的偏振度分布

将气泡直径、气泡数密度设为固定值，分别为20μm,107/m3，气泡群厚度变化分别设置为50、100、150mm，仿真结果如图5所示。可见，随着气泡群厚度的增加，散射光的偏振度振荡频率变化不大，但是整体均值和振荡幅度会减小。同样地，偏振度原有极值1的角度位置上，对应的极值不再为....

本文编号：4016417