粗糙表面激光散射的偏振依赖特性研究.doc

范文最新推荐------------------------------------------------------1 / 12粗糙表面激光散射的偏振依赖特性研究摘要研究目标表面的后向光散射特性对于激光雷达系统的优化设计与性能评估具有重要意义为此，论文在深入资料调研的基础上，选择斯托克斯矢量方法测量目标表面后向光散射的偏振特性，并搭建了相应的实验装置该装置能在 905nm 波段研究目标表面后向散射光斯托克斯参量随入射角变化在实验上，测量多块不同粗糙程度的镍合金样板以及不同规格砂纸等目标的后向散射光斯托克斯参量，并据此分析了入射角变化、入射光偏振态、表面粗糙度和目标材质对后向散射光偏振特性的影响结果表明：不同偏振态的入射光对同一粗糙表面照射，P 光入射时的偏振度要大于 S 光入射时的偏振度；粗糙度大的目标的后向散射光偏振度小；在相同情况下，镍合金样板比毛玻璃有更好的保偏特性，即金属有较强的保偏效果10198  该测量方法为认识各种材料的后向散射光特性提供了依据，对于激光探测领域的相关研究有一定的参考价值关键词随机粗糙表面，后向散射，偏振测量，斯托克斯参量毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleThe laser polarization scattering characteristics of the roughsurfaceAbstractThe targets’ backscattering characteristics affect the performance of the laser radar directly, and also the research of these characteristics is very important to the system optimization of the laser radar or the laser rangefinder. On the basis of previous theories, we conducted the experiments on the targets ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------3 / 12backscattering characteristics. These experiments mainly measured the Stokes parameters of backscattering lights and those devices of experiments worked in 905nm band. We mainly compared both P-polarized light and S-polarized light incidences three nickel alloy plates and several sandpaper with different roughness to analyze the effect of backscattering characteristics on different material, roughness and also different incident angle and different polarization light. We have the following conclusion: For the same surface, the polarization degree of backscattering light is higher when P-polarized light incidences. For the same material targets, the polarization degree is higher when roughness is lower. Compared with frosted glass, nickel alloy plates have stronger polarization characteristic. This paper did a preliminary summary of lights backscattering characteristics of several groups of different materials, different roughness surfaces, also the characteristics and the theories math pretty well. The data provide an understanding of the lights backscattering characteristics of rough surface, and have a certain reference value on the research of laser detection.  3.2.2 斯托克斯参量描述偏振光状态 163.2.3 斯托克斯参量的测量方法 184 典型目标后向光散射特性的实验研究与结果分析204. 1 实验装置 204．2 实验结果 224.2.1 入射光偏振态对偏振特性的影响 224.2.2 目标材质对偏振特性的影响 254.2.3 目标粗糙度对偏振特性的影响 264.3 关于实验测量误差源讨论 28---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------5 / 125 结论 29致谢 30参 考 文 献 311 引言粗糙表面光散射的研究在现代军事、遥感、辐射测量和工业检测等领域的应用日益广泛。

其研究对象主要包括三个方面，即散射场强度的空间分布，散射场的偏振状态以及散射场的相干性光波的偏振参量携带了区别于光强、相位、光谱等的独有特征信息，这已经成为学术界的共识，对其特性的研究和利用也越来越受到广泛的关注偏振提供的信息可以有效地区分不同材质，不同表面形态的散射体此外，散射偏振光成像相对传统的光强成像具有提高目标的衬度以及区分材质的优势，在目标成像、识别和杂波抑制领域有着巨大的应用潜力1．1 研究背景 近半个世纪以来，粗糙表面激光散射特性的研究一直是一个比较热门的领域[1]早在二战时期，就首次提出了利用海谱建立海面模型来分析海面散射回波此后，粗糙表面光散射的理论和实验研究取得了一系列重要的进展由于目标表面的粗糙度对激光散射的影响相当显著，对目标材料表面的激光散射特性的理论和实验研究，已成为军用和民用工程上的关键技术之一在几乎所有的应用中，散射场的强度及其三维空间分布都是需要了解的，它是粗糙表面的基本光学特征，也是得到最充分研究的一方面目前的理论和数值模型已经可以解释绝大多数自然和人工表面的散射强度特征偏振信息是不同于辐射强度及三维空间分布的另一种表征事物的重要信息，我们从散射光的偏振中往往能获得很多关于散射光源的参数[2-4]，偏振散射也越来越多地用于背景区分和目标识别等领域。

在大气、海洋光学中，人们早就开始了对偏振光的散射现象的研究，如大气激光雷达通过分析云层散射光的偏振特性遥感大气中各种气溶胶的存在[5]，利用大气中的气溶胶和大气分子等的散射的退偏度小于目标对相---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------7 / 12干光的退偏度的性质[6]采用线偏振技术可以将激光雷达的作用距离提高 1.5 倍外，激光雷达成像对比度也大大改善；根据介质散射和目标反射光的不同偏振特性，可利用偏振技术排除粒子散射光的干扰从而提高水下图像的清晰度 1．2 国内外研究现状1.3 本文主要工作本文主要对散射光的偏振特性进行研究，设计了粗糙表面激光散射偏振依赖特性的实验装置，并研究粗糙表面激光散射的偏振依赖特性主要工作如下；（1）通过资料调研和阅读，较为全面地总结了粗糙表面散射光偏振特性的研究现状，包括理论与实验研究，并评述其研究价值2）从基本理论出发，对必要的散射理论进行了论述，重点介绍了斯托克斯矢量，并给出了偏振光偏振度和退偏度的计算公式。

3）探索粗糙表面激光散射偏振依赖特性的测试方法，并设计测试光路，使实验装置能够在 905nm波段下工作实验研究入射角、入射光的偏振状态、目标表面的粗糙程度、不同目标表面(金属和非金属)等对散射光偏振特性的影响，并给出定量结果4）根据实验数据，分析散射光偏振依赖特性，比较不同情况下的目标表面偏振性质2 粗糙目标表面光散射的基本理论2.1 随机粗糙表面的统计描述实际表面的粗糙性在很大程度上影响了波的散射特性粗糙面的散射问题涉及到电磁波与粗糙界面及随机介质的相互作用随机表面可被看做空间坐标的随机函数，它们由各种物理过程随机产生每个随机表面是相应过程的一个样本我们可以借助随机过程的相关概念来描述表面的统计性质根据随机过程理论，---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------9 / 12随机表面的统计性质一般可以用以下 3 个参数描述：1.高度平均值 ， ；2.标准偏差 ，即高度起伏相对于平均值的偏离程度，又称均方根高度， ；3.表面自相关长度 T，代表了表面起伏的疏密程度。

其中，基尔霍夫场和补偿场的项分别用下标 k 和 c表示， 为粗糙介质表面的单位法向矢量根据Stratton-Chu 积分方程[27]，不同极化(偏振）状态下，图 2.2 中粗糙表面上方远场条件下的散射场可用下式表示其中，R 为被照射粗糙面的中心点到观测点间的距离我们用下角标 p 和 q 分别表示入射波极化（偏振）状态和散射波极化（偏振）状态，散射波的极化矢量为 ，表示的物理含义用下式表示为入射波单位极化矢量， 为散射波单位极化矢量在水平极化的情况下用 表示，在垂直极化情况下用 表示，即与 类似， 在两种极化情况下化为 和 ，即在后向散射这一特殊情况下，也就是令 ， ， , 将以上各量代入 Stratton-Chu 公式中进行计算，就得到了后向散射场同样，我们也能将散射场分为基尔霍夫场、补偿场两个部分之和，即有其中， 和 分别为用 来表示粗糙面高度起伏, 粗糙面沿着 x 和 y 方向的导数用 和 分别代表由上面的推导，散射场的总散射功率可以表述为(2.19)---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------11 / 12非相干散射功率就是从总的散射功率中减去均方根功率，即有非相干散射功率也分为 （基尔霍夫项） ， （交叉项）和 （补偿项）三个子项之和。

这三个项的表达式分别为2.。