《大气光散射研究的国内外文献综述》3000字

大气光散射研究的国内外文献综述1国内外研究现状及发展最近几年，很多学者做了无数的研究，并且研究一直在持续，从未间断，1975年R.J.cook使用埃伦费斯特定理取得相关成就。获得了弱起伏非均匀变化湍流在各种介质中汇聚光束和波段到达交偏移的表达式,与此同时他还通过运用kolmogorov谱,通过计算方法获得了汇聚波束,非均匀性弱变化湍流在各种介质中到达交偏移等;自从80年代以来对于波束传输性能的研究主要集中于对高阶矩阵求解。1980年,R.L.fante给出了一个在强烈湍流条件情形下的展宽模型,计算得到gauss的波束扩增半径,其中它打破了rytov并且被rytov取代,这适合整个湍流区REF_Ref12540\r\h[16]REF_Ref12547\r\h[17]，计算出了Gauss的波束扩展半径，其打破了Rytov并且取代他，这适合整个湍流区。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，激光在大气湍流中传播的时候，大气湍流和传播的光束会产生线性和非线性关系，这两种关系会发生不断的改变，在经过大气湍流时会受到各种各样的影响，这种影响会改变光束的偏振态和相干性。1984年，Angus-LeppanPV.指出,当激光在大区湍流中传输时，由于大气湍流的影响导致折射率的高低变化，这会导致激光束的波阵面遭到破坏，改变其原有的波阵面发生改变，迫使激光的相干性受到影响，不能和之前的特性保持一致，如果相干性因此降低的话，激光束的各个方面都会发生光学质量的变化，Roggemann,Tatarskii等人发现，由于经过大气湍流所以激光的相干性发生了变化，随之而来的就是各种与之有关的物理量也会随着变化。近些年来，国外Florian等人对激光在大气云层中的散射衰减做了相关分析REF_Ref15507\r\h[3]。散射衰减方面的相关研究，然后探究出了激光发生色散的时候能量会衰减，这中衰减的原因是随着环境的改变而变化的，他们之间有着很大的联系。Videen和Gorden等人使用了别的学者从未使用过的新的方法，探究除了光散射的变化是和其粒子的大小改变的状况。Ladutenko和Konstantin用Riccati-Bessel函数及其对数导数计算矢量球谐函数，开发了一种计算多层球内部和周围电磁场的新算法。MishchenkoMichael等提出了一种基于复参数的球形Hankel函数的向上递推计算远场洛伦兹-米系数的紧凑的数值算法REF_Ref15853\r\h[4]2大气光散射的研究进展激光在大气中传输时，最难克服的就是激光的传输过程中会遇到湍流的影响，克服激光传输时湍流的影响是十分困难的，本论文就是大气湍流对激光散射的偏振特性研究。而对大气分子散射规律的探究则使我们重要被研究的内容,早在1899年科学家瑞利就已经到了对分子散射严格理解,他是通过运用麦克斯韦理论获得了突破,计算出的结果,其中计算结果表明,散射光的发出太阳光强和波长四次方形成正比。Mie理论的提出者是一位的德国的科学家G.Mie,他的提出是因为找到了均匀球状粒子的精确解，指出了很多的复杂关系，粒子散射光强的空间布局还以哦入射光的波长等，所以自从1950年以后，Mie理论的应用更是普遍，很多人都使用其理论，因为这种方法的诞生可以得到散射粒子的精确解，从而很容易进行定性分析和定量分析，但是有一种必须满足的条件就会粒子要呈现球状，球状粒子的问题得到了解决，然而非球状粒子却无法进行分析，所以非球状粒子的散射问题无法进行，然而大自然中的粒子大多数都是非球状粒子，这样的话Mie理论就不能较为准确的反应非球状粒子的散射特性，由于其外表的不完全相同导致边界发生改变，所以非球状粒子的求解问题是十分复杂的，到目前为止，对于非球状粒子的光散射理论，还没有的到一个统一的说法，在我们的大气中会有很多物质在空间中形成,主要的因素就是大量空间中的分子和一些气溶性胶体,所以光在通过到大气中的同时就会在空间中发生散射,光在这个介质中向外传播时都需要遵循麦克斯韦方程,但是对于这个麦克斯韦方程的求解也是相当困难的,很多科学家都在进行了尝试,一直到现在都没有办法得出,所以我们只能在一种近似情况下我们对其理论进行了求解,这虽然是我们可以直接获得近似解,但是它的理解还是不够准确的,不同的介质中传播时我们就需要使用到不同的理论,当在较为稀薄的介质中进行传播时这也就是我们需要使用到一节多次散射的理论,当咋密集得介质中进行传播的理论时候,就要使用到近似的方法就会变得比较合适,对于较大粒子时,此时的粒子尺度较大,我们就是可以通过使用一个小角近似,当我们遇到的两个粒子不相同或者是波长较大的时候进行相干散射,就必须严格地按照麦克斯韦波动方程组,遇到多个其他散射粒子的时候就需要我们使用相干散射,假设每个粒子都是独立时,可以考虑使用t矩阵法。黄兴忠等其他人主要通过研究采用新的t柱形矩阵演算法和谐波矢量法对球面的谐波散射函数的集合变换以及加法集合定理,发展和提出了随机向量分布的多个非线性球形相干群聚散射体的这种集合性质是相干群聚散射的一种数值物理计算分析方法。在散射的研究上，有很多人都进了较为深刻的研究，他们的努力都获得了回报，探究出了很多解析式，在散射问题上都做出了相应的贡献，例如多次散射的激光的解析式，但是严谨的来说都是不完全的，不能够解释很多情况下的现象，还有些虽然的出新的成果，但是没有实际的应用，随着计算机的诞生，计算能力的大幅度提高，很多计算复杂的方程式可以被算出，这时MonteCarlo被提出，如果我们不直接研究激光在散射介质传播的问题，而是把其转化成光子问题，这样变相的转化，当成为光子问题是我们可以用MC把光子在散射介质中的传输问题研究出来，虽然转换成了光子问题但是的到的结果确是完全相同的。在整个大自然中很多都是非球状颗粒,所以它们在大气中的传播作用也是,在其多次散射的作用下,散射光的偏振和变化会使其出现不同的变化。很多的科学家,就已经针对水成物粒子在空气中对偏振光产生的后向散射效应做出了不同程度的探索和研究。瑞利对散射区椭圆颗粒的退偏运动特性分析得出了解析的结果,Mie散射区的散射表达式还未得出。1981年tadashi与takash[18]分别在地面和卫星通讯这两个方面进行了研究,当光束穿过云层之后的进退偏度,叶福秋[19]则深入地研究了一组群体的粒子在空气中散射时的偏振物理特性,其中明确地指出了一组群体的粒子与单个的粒子偏振程度是大不相同的,martinschaiter和gerhardwurm[20]以很大一小块尺寸的圆形球状聚集物为粒子进行了试验,主要目的是为了研究光的强度衰减和其偏振运动特性,另外,很多科学家都是通过利用montecarlo的方法对散射介质中光线的偏振运动特性进行研究,其理论上和试验都已经获得了一定的突破。参考文献王玉双,陈子阳,刘永欣,蒲继雄.激光经过湍流大气以及散射介质的传输[J].量子电子学报,2020,37(05):534-546.江桂英,陈苗,肖云.大气湍流对光偏振度的影响[J].舰船电子工程,2020,40(06):180-182+186.陈兴兴.低能见度大气中激光的散射偏振特性研究[D].西安电子科技大学,2019.赵柯莹.激光在大气湍流中偏振与相干特性的研究[D].太原科技大学,2016.孙琳.水平大气信道对激光线偏振特性影响研究[D].哈尔滨工业大学,2012.李磐石,王红霞,孙振,杨成莱.激光在大气湍流中的传输特性[J].西安邮电学院学报,2011,16(S2):32-35.徐向博.大气湍流对激光传输的影响研究[D].长春理工大学,2011.徐娟.大气的光散射特性及大气对散射光偏振态的影响[D].南京信息工程大学,2005.SalemM,KorotkovaO,DogariuA,etal.Polarizationchangesinpartiallycoherentelectromagneticbeamspropagatingthroughturbulentatmosphere[J].WavesinRandomMedia,2004,14(4):513-523.KorotkovaO.Polarizationchangesinlightbeamstrespassinganisotropicturbulence[J].OpticsLetters,2015,40(13):3077-3080.LiuXH.PuJX.Investigationonthescintillationofellipticalvortexbeamspropagatinginturbulentatmosphere[J].OpticsExpress,2011,19(27):26444,RossumMCW,NieuwenhuizenTM.Multiplescatteringofclassicalwaves:microscopy,mesoscopy,anddiffusion[J].ReviewsofModernPhysics,1999,71(1):313-371.王娟．大气湍流对激光传输特性的影响［Ｄ］．新乡：河南师范大学，2009.刘维慧．激光在大气湍流中传输时光强起伏的初步分析［Ｄ］．成都：电子科技大学，2004张纳文.红外光学工程[M].上海:上海科学技术出版社,1982.FanteR.L.,Electromagneticbeampropagationinturbulentmedia,Proc.IEEE63,1975,1669-1692R.L.Fante,Electromagneticbeampropagationinturbulentmedia:anupdate,Proc.IEEE68,1980,1424—1443ARUGAT,IGARADHIT.Narrowbeamlighttransferinsmallparticles:imageblurringanddepolarization[J].ApplOp