《大氣光散射研究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述》3000字

大氣光散射研究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展最近幾年，很多學(xué)者做了無(wú)數(shù)的研究，并且研究一直在持續(xù)，從未間斷，1975年R.J.cook使用埃倫費(fèi)斯特定理取得相關(guān)成就。獲得了弱起伏非均勻變化湍流在各種介質(zhì)中匯聚光束和波段到達(dá)交偏移的表達(dá)式,與此同時(shí)他還通過(guò)運(yùn)用kolmogorov譜,通過(guò)計(jì)算方法獲得了匯聚波束,非均勻性弱變化湍流在各種介質(zhì)中到達(dá)交偏移等;自從80年代以來(lái)對(duì)于波束傳輸性能的研究主要集中于對(duì)高階矩陣求解。1980年,R.L.fante給出了一個(gè)在強(qiáng)烈湍流條件情形下的展寬模型,計(jì)算得到gauss的波束擴(kuò)增半徑,其中它打破了rytov并且被rytov取代,這適合整個(gè)湍流區(qū)REF_Ref12540\r\h[16]REF_Ref12547\r\h[17]，計(jì)算出了Gauss的波束擴(kuò)展半徑，其打破了Rytov并且取代他，這適合整個(gè)湍流區(qū)。很多研究者表示，由于激光束得偏振和相干是所有激光所共有的特征，激光在大氣湍流中傳播的時(shí)候，大氣湍流和傳播的光束會(huì)產(chǎn)生線性和非線性關(guān)系，這兩種關(guān)系會(huì)發(fā)生不斷的改變，在經(jīng)過(guò)大氣湍流時(shí)會(huì)受到各種各樣的影響，這種影響會(huì)改變光束的偏振態(tài)和相干性。1984年，Angus-LeppanPV.指出,當(dāng)激光在大區(qū)湍流中傳輸時(shí)，由于大氣湍流的影響導(dǎo)致折射率的高低變化，這會(huì)導(dǎo)致激光束的波陣面遭到破壞，改變其原有的波陣面發(fā)生改變，迫使激光的相干性受到影響，不能和之前的特性保持一致，如果相干性因此降低的話，激光束的各個(gè)方面都會(huì)發(fā)生光學(xué)質(zhì)量的變化，Roggemann,Tatarskii等人發(fā)現(xiàn)，由于經(jīng)過(guò)大氣湍流所以激光的相干性發(fā)生了變化，隨之而來(lái)的就是各種與之有關(guān)的物理量也會(huì)隨著變化。近些年來(lái)，國(guó)外Florian等人對(duì)激光在大氣云層中的散射衰減做了相關(guān)分析REF_Ref15507\r\h[3]。散射衰減方面的相關(guān)研究，然后探究出了激光發(fā)生色散的時(shí)候能量會(huì)衰減，這中衰減的原因是隨著環(huán)境的改變而變化的，他們之間有著很大的聯(lián)系。Videen和Gorden等人使用了別的學(xué)者從未使用過(guò)的新的方法，探究除了光散射的變化是和其粒子的大小改變的狀況。Ladutenko和Konstantin用Riccati-Bessel函數(shù)及其對(duì)數(shù)導(dǎo)數(shù)計(jì)算矢量球諧函數(shù)，開(kāi)發(fā)了一種計(jì)算多層球內(nèi)部和周?chē)姶艌?chǎng)的新算法。MishchenkoMichael等提出了一種基于復(fù)參數(shù)的球形Hankel函數(shù)的向上遞推計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)洛倫茲-米系數(shù)的緊湊的數(shù)值算法REF_Ref15853\r\h[4]2大氣光散射的研究進(jìn)展激光在大氣中傳輸時(shí)，最難克服的就是激光的傳輸過(guò)程中會(huì)遇到湍流的影響，克服激光傳輸時(shí)湍流的影響是十分困難的，本論文就是大氣湍流對(duì)激光散射的偏振特性研究。而對(duì)大氣分子散射規(guī)律的探究則使我們重要被研究的內(nèi)容,早在1899年科學(xué)家瑞利就已經(jīng)到了對(duì)分子散射嚴(yán)格理解,他是通過(guò)運(yùn)用麥克斯韋理論獲得了突破,計(jì)算出的結(jié)果,其中計(jì)算結(jié)果表明,散射光的發(fā)出太陽(yáng)光強(qiáng)和波長(zhǎng)四次方形成正比。Mie理論的提出者是一位的德國(guó)的科學(xué)家G.Mie,他的提出是因?yàn)檎业搅司鶆蚯驙盍Ｗ拥木_解，指出了很多的復(fù)雜關(guān)系，粒子散射光強(qiáng)的空間布局還以哦入射光的波長(zhǎng)等，所以自從1950年以后，Mie理論的應(yīng)用更是普遍，很多人都使用其理論，因?yàn)檫@種方法的誕生可以得到散射粒子的精確解，從而很容易進(jìn)行定性分析和定量分析，但是有一種必須滿足的條件就會(huì)粒子要呈現(xiàn)球狀，球狀粒子的問(wèn)題得到了解決，然而非球狀粒子卻無(wú)法進(jìn)行分析，所以非球狀粒子的散射問(wèn)題無(wú)法進(jìn)行，然而大自然中的粒子大多數(shù)都是非球狀粒子，這樣的話Mie理論就不能較為準(zhǔn)確的反應(yīng)非球狀粒子的散射特性，由于其外表的不完全相同導(dǎo)致邊界發(fā)生改變，所以非球狀粒子的求解問(wèn)題是十分復(fù)雜的，到目前為止，對(duì)于非球狀粒子的光散射理論，還沒(méi)有的到一個(gè)統(tǒng)一的說(shuō)法，在我們的大氣中會(huì)有很多物質(zhì)在空間中形成,主要的因素就是大量空間中的分子和一些氣溶性膠體,所以光在通過(guò)到大氣中的同時(shí)就會(huì)在空間中發(fā)生散射,光在這個(gè)介質(zhì)中向外傳播時(shí)都需要遵循麥克斯韋方程,但是對(duì)于這個(gè)麥克斯韋方程的求解也是相當(dāng)困難的,很多科學(xué)家都在進(jìn)行了嘗試,一直到現(xiàn)在都沒(méi)有辦法得出,所以我們只能在一種近似情況下我們對(duì)其理論進(jìn)行了求解,這雖然是我們可以直接獲得近似解,但是它的理解還是不夠準(zhǔn)確的,不同的介質(zhì)中傳播時(shí)我們就需要使用到不同的理論,當(dāng)在較為稀薄的介質(zhì)中進(jìn)行傳播時(shí)這也就是我們需要使用到一節(jié)多次散射的理論,當(dāng)咋密集得介質(zhì)中進(jìn)行傳播的理論時(shí)候,就要使用到近似的方法就會(huì)變得比較合適,對(duì)于較大粒子時(shí),此時(shí)的粒子尺度較大,我們就是可以通過(guò)使用一個(gè)小角近似,當(dāng)我們遇到的兩個(gè)粒子不相同或者是波長(zhǎng)較大的時(shí)候進(jìn)行相干散射,就必須嚴(yán)格地按照麥克斯韋波動(dòng)方程組,遇到多個(gè)其他散射粒子的時(shí)候就需要我們使用相干散射,假設(shè)每個(gè)粒子都是獨(dú)立時(shí),可以考慮使用t矩陣法。黃興忠等其他人主要通過(guò)研究采用新的t柱形矩陣演算法和諧波矢量法對(duì)球面的諧波散射函數(shù)的集合變換以及加法集合定理,發(fā)展和提出了隨機(jī)向量分布的多個(gè)非線性球形相干群聚散射體的這種集合性質(zhì)是相干群聚散射的一種數(shù)值物理計(jì)算分析方法。在散射的研究上，有很多人都進(jìn)了較為深刻的研究，他們的努力都獲得了回報(bào)，探究出了很多解析式，在散射問(wèn)題上都做出了相應(yīng)的貢獻(xiàn)，例如多次散射的激光的解析式，但是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膩?lái)說(shuō)都是不完全的，不能夠解釋很多情況下的現(xiàn)象，還有些雖然的出新的成果，但是沒(méi)有實(shí)際的應(yīng)用，隨著計(jì)算機(jī)的誕生，計(jì)算能力的大幅度提高，很多計(jì)算復(fù)雜的方程式可以被算出，這時(shí)MonteCarlo被提出，如果我們不直接研究激光在散射介質(zhì)傳播的問(wèn)題，而是把其轉(zhuǎn)化成光子問(wèn)題，這樣變相的轉(zhuǎn)化，當(dāng)成為光子問(wèn)題是我們可以用MC把光子在散射介質(zhì)中的傳輸問(wèn)題研究出來(lái)，雖然轉(zhuǎn)換成了光子問(wèn)題但是的到的結(jié)果確是完全相同的。在整個(gè)大自然中很多都是非球狀顆粒,所以它們?cè)诖髿庵械膫鞑プ饔靡彩?在其多次散射的作用下,散射光的偏振和變化會(huì)使其出現(xiàn)不同的變化。很多的科學(xué)家,就已經(jīng)針對(duì)水成物粒子在空氣中對(duì)偏振光產(chǎn)生的后向散射效應(yīng)做出了不同程度的探索和研究。瑞利對(duì)散射區(qū)橢圓顆粒的退偏運(yùn)動(dòng)特性分析得出了解析的結(jié)果,Mie散射區(qū)的散射表達(dá)式還未得出。1981年tadashi與takash[18]分別在地面和衛(wèi)星通訊這兩個(gè)方面進(jìn)行了研究,當(dāng)光束穿過(guò)云層之后的進(jìn)退偏度,葉福秋[19]則深入地研究了一組群體的粒子在空氣中散射時(shí)的偏振物理特性,其中明確地指出了一組群體的粒子與單個(gè)的粒子偏振程度是大不相同的,martinschaiter和gerhardwurm[20]以很大一小塊尺寸的圓形球狀聚集物為粒子進(jìn)行了試驗(yàn),主要目的是為了研究光的強(qiáng)度衰減和其偏振運(yùn)動(dòng)特性,另外,很多科學(xué)家都是通過(guò)利用montecarlo的方法對(duì)散射介質(zhì)中光線的偏振運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行研究,其理論上和試驗(yàn)都已經(jīng)獲得了一定的突破。參考文獻(xiàn)王玉雙,陳子陽(yáng),劉永欣,蒲繼雄.激光經(jīng)過(guò)湍流大氣以及散射介質(zhì)的傳輸[J].量子電子學(xué)報(bào),2020,37(05):534-546.江桂英,陳苗,肖云.大氣湍流對(duì)光偏振度的影響[J].艦船電子工程,2020,40(06):180-182+186.陳興興.低能見(jiàn)度大氣中激光的散射偏振特性研究[D].西安電子科技大學(xué),2019.趙柯瑩.激光在大氣湍流中偏振與相干特性的研究[D].太原科技大學(xué),2016.孫琳.水平大氣信道對(duì)激光線偏振特性影響研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012.李磐石,王紅霞,孫振,楊成萊.激光在大氣湍流中的傳輸特性[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào),2011,16(S2):32-35.徐向博.大氣湍流對(duì)激光傳輸?shù)挠绊懷芯縖D].長(zhǎng)春理工大學(xué),2011.徐娟.大氣的光散射特性及大氣對(duì)散射光偏振態(tài)的影響[D].南京信息工程大學(xué),2005.SalemM,KorotkovaO,DogariuA,etal.Polarizationchangesinpartiallycoherentelectromagneticbeamspropagatingthroughturbulentatmosphere[J].WavesinRandomMedia,2004,14(4):513-523.KorotkovaO.Polarizationchangesinlightbeamstrespassinganisotropicturbulence[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