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激光在不同类型气溶胶中传输特性研究

王红霞 竹有章 田涛 李爱君

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激光在不同类型气溶胶中传输特性研究

王红霞, 竹有章, 田涛, 李爱君

Characteristics of laser transmission in different types of aerosols

Wang Hong-Xia, Zhu You-Zhang, Tian Tao, Li Ai-Jun
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  • 激光在大气中的传输衰减特性是激光工程应用中需要考虑的一个重要问题. 本文针对常用的1.06 μm和10.6 μm激光, 基于Mie散射理论计算了气溶胶粒子的单次散射参量; 对于激光在气溶胶中多次散射传输衰减, 建立了蒙特卡罗模拟计算模型, 利用Matlab语言编制了相应的计算程序, 计算分析了两种波长的激光分别在沙尘性、水溶性、海洋性和煤烟性四种不同类型气溶胶中 透过率与传播距离、能见度的关系, 并将蒙特卡罗方法和单次散射的计算结果进行了比较. 结果表明, 当能见度较低、气溶胶粒子反照率较高时, 单次散射计算存在很大的误差, 用蒙特卡罗方法更能揭示多重散射现象; 煤烟性气溶胶对1.06 μm激光的传输衰减影响最大, 沙尘性气溶胶对10.6 μm激光的传输衰减影响最大.
    The characteristics of laser transmission in atmosphere are an important issue that must be considered for applications in laser engineering. For 1.06 μm and 10.6 μm laser, the single scattering parameters of aerosols are calculated based on the Mie scattering theory. For the transmission attenuation of the laser in aerosol, the Monte Carlo simulation model is established. For dust-like, water-soluble, oceanic and soot four types of aerosols, the relations of transmittance to visibility and propagation distance are computed and analyzed using the program written in MATLAB language respectively. The results show that single scattering calculation has a larger error when the visibility is low, and albedo is high. Using the Monte Carlo method to calculate the attenuation of the laser transmission in aerosol can reveal multiple scattering phenomenon. For the 1.06 μm laser, the attenuation capacity of soot aerosol is strongest, and for the 10.6 μm laser, the attenuation capacity of dust-like aerosol is strongest.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60908044)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60908044).
    [1]

    Wu Z S, You J G, Yang R K 2004 Chinese Journal of Lasers 31 1075 (in Chinese) [吴振森, 由金光, 杨瑞科 2004 中国激光 31 1075]

    [2]

    Prahl S A, Keijzer M, Jacques S L 1989 SPIE Proceedings IS 5 102

    [3]

    Seyoung M, Dongyun K, Eunji S 2008 Appl. Opt. 47 336

    [4]

    Jonsson J C, Smith G B, Niklasson G A 2004 Opt. Com. 240 9

    [5]

    Wu Z S, Wane Y P 1988 Acta Phys. Sin. 37 698 (in Chinese) [吴振森, 王一平 1988 物理学报 37 6981]

    [6]

    Huane C T, Liu Y F, Wu Z S, Sun Y Q, Lone S M 2009 Acta Phys.Sin. 58 2397 (in Chinese) [黄朝军, 刘亚锋, 吴振森, 孙彦清, 龙妹明 2009 物理学报 58 2397]

    [7]

    Lei C X, Wu Z S 2010 Acta Phys. Sin. 59 5692 (in Chinese) [类成新, 吴振森 2010 物理学报 59 5692]

    [8]

    Deng Y, Igor M 2010 Acta Phys. Sin. 59 1396 (in Chinese) [邓勇, Igor Meglinski 2010 物理学报 59 1396]

    [9]

    Bai L, Tang S Q, Wu Z S, Xie P H, Wang S M 2010 Acta Phys. Sin. 59 1749 (in Chinese) [白璐, 汤双庆, 吴振森, 谢品华, 汪世美 2010 物理学报 59 1749]

    [10]

    Sun X M, Shen J, Wei P Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 6222 (in Chinese) [孙贤明, 申晋, 魏佩瑜 2009 物理学报 58 6222]

    [11]

    Ramella-Roman J C, Prahl S A, Jacques S L 2005 Opt. Express 13 10392

    [12]

    Ramella-Roman J C, Prahl S A, Jacques S L 2005 Opt. Express 13 4420

    [13]

    Selden A C 2006 Appl. Opt. 45 3144

    [14]

    Bates D E, Porter J N 2008 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 109 1802

    [15]

    Bender J E, Vishwanath K, Moore L K 2009 IEEE Trans. Biomed. Engng. 56 960

    [16]

    Bai L, Wu Z S, Tang S Q, Li M, Xie P H, Wang S M 2011 Optical Engineering 50 016002

    [17]

    Berrocal E, Sedarsky D L, Paciaroni M E, Meglinski I V, Linne M A 2007 Opt. Express 15 10649

    [18]

    Yin H 1993 Fundamentals of Atmospheric Radiation (Beiline: Meteorological Press) p73 (in Chinese) [尹宏 1993 大气辐射学基础(北京:气象出版社) 第73页]

    [19]

    Shi G Y 2007 Atmospheric Radiation Science (Beiline: Science Pressl) p367 (in Chinese) [石广玉 2007 大气辐射学(北京:科学出版社) 第367页]

    [20]

    Sizun H, de Fornel F 2004 Opt. Eng. 43 319

    [21]

    Binzoni T, Leung T S, Gandjbakhche A H 2006 Phys. Med. Biol. 51 313

    [22]

    Ma W G 2009 Computational Physics (Beiline: Science Pressl) p100 (in Chinese) [马文淦 2009 计算物理学 (北京: 科学出版社) 第100页]

  • [1]

    Wu Z S, You J G, Yang R K 2004 Chinese Journal of Lasers 31 1075 (in Chinese) [吴振森, 由金光, 杨瑞科 2004 中国激光 31 1075]

    [2]

    Prahl S A, Keijzer M, Jacques S L 1989 SPIE Proceedings IS 5 102

    [3]

    Seyoung M, Dongyun K, Eunji S 2008 Appl. Opt. 47 336

    [4]

    Jonsson J C, Smith G B, Niklasson G A 2004 Opt. Com. 240 9

    [5]

    Wu Z S, Wane Y P 1988 Acta Phys. Sin. 37 698 (in Chinese) [吴振森, 王一平 1988 物理学报 37 6981]

    [6]

    Huane C T, Liu Y F, Wu Z S, Sun Y Q, Lone S M 2009 Acta Phys.Sin. 58 2397 (in Chinese) [黄朝军, 刘亚锋, 吴振森, 孙彦清, 龙妹明 2009 物理学报 58 2397]

    [7]

    Lei C X, Wu Z S 2010 Acta Phys. Sin. 59 5692 (in Chinese) [类成新, 吴振森 2010 物理学报 59 5692]

    [8]

    Deng Y, Igor M 2010 Acta Phys. Sin. 59 1396 (in Chinese) [邓勇, Igor Meglinski 2010 物理学报 59 1396]

    [9]

    Bai L, Tang S Q, Wu Z S, Xie P H, Wang S M 2010 Acta Phys. Sin. 59 1749 (in Chinese) [白璐, 汤双庆, 吴振森, 谢品华, 汪世美 2010 物理学报 59 1749]

    [10]

    Sun X M, Shen J, Wei P Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 6222 (in Chinese) [孙贤明, 申晋, 魏佩瑜 2009 物理学报 58 6222]

    [11]

    Ramella-Roman J C, Prahl S A, Jacques S L 2005 Opt. Express 13 10392

    [12]

    Ramella-Roman J C, Prahl S A, Jacques S L 2005 Opt. Express 13 4420

    [13]

    Selden A C 2006 Appl. Opt. 45 3144

    [14]

    Bates D E, Porter J N 2008 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 109 1802

    [15]

    Bender J E, Vishwanath K, Moore L K 2009 IEEE Trans. Biomed. Engng. 56 960

    [16]

    Bai L, Wu Z S, Tang S Q, Li M, Xie P H, Wang S M 2011 Optical Engineering 50 016002

    [17]

    Berrocal E, Sedarsky D L, Paciaroni M E, Meglinski I V, Linne M A 2007 Opt. Express 15 10649

    [18]

    Yin H 1993 Fundamentals of Atmospheric Radiation (Beiline: Meteorological Press) p73 (in Chinese) [尹宏 1993 大气辐射学基础(北京:气象出版社) 第73页]

    [19]

    Shi G Y 2007 Atmospheric Radiation Science (Beiline: Science Pressl) p367 (in Chinese) [石广玉 2007 大气辐射学(北京:科学出版社) 第367页]

    [20]

    Sizun H, de Fornel F 2004 Opt. Eng. 43 319

    [21]

    Binzoni T, Leung T S, Gandjbakhche A H 2006 Phys. Med. Biol. 51 313

    [22]

    Ma W G 2009 Computational Physics (Beiline: Science Pressl) p100 (in Chinese) [马文淦 2009 计算物理学 (北京: 科学出版社) 第100页]

  • [1] 吴钟书, 赵耀, 翁苏明, 陈民, 盛政明. 非均匀等离子体中1/4临界密度附近受激散射的非线性演化. 物理学报, 2019, 68(19): 195202. doi: 10.7498/aps.68.20190883
    [2] 陈忠, 赵子甲, 吕中良, 李俊汉, 潘冬梅. 基于蒙特卡罗-离散纵标方法的氘氚激光等离子体聚变反应率数值模拟. 物理学报, 2019, 68(21): 215201. doi: 10.7498/aps.68.20190440
    [3] 邓万涛, 赵刚, 夏惠军, 张茂, 杨艺帆. 非相干合成阵列激光倾斜像差校正方法. 物理学报, 2019, 68(23): 234205. doi: 10.7498/aps.68.20190961
    [4] 王明军, 魏亚飞, 柯熙政. 复杂大气背景下机载通信终端与无人机目标之间的激光传输特性研究. 物理学报, 2019, 68(9): 094203. doi: 10.7498/aps.68.20182052
    [5] 钟文婷, 刘君, 华灯鑫, 侯海彦, 晏克俊. 多波长发光二极管光源雷达系统与近地面低层大气气溶胶探测. 物理学报, 2018, 67(18): 184208. doi: 10.7498/aps.67.20180721
    [6] 王倩, 毕研盟, 杨忠东. 气溶胶对大气CO2短波红外遥感探测影响的模拟分析. 物理学报, 2018, 67(3): 039202. doi: 10.7498/aps.67.20171993
    [7] 李树. 光子与相对论麦克斯韦分布电子散射截面的蒙特卡罗计算方法. 物理学报, 2018, 67(21): 215201. doi: 10.7498/aps.67.20180932
    [8] 狄慧鸽, 华杭波, 张佳琪, 张战飞, 华灯鑫, 高飞, 汪丽, 辛文辉, 赵恒. 高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析. 物理学报, 2017, 66(18): 184202. doi: 10.7498/aps.66.184202
    [9] 郑利娟, 程天海, 吴俣. 黑碳团簇气溶胶混合生长的红外吸收特性及长波辐射效应. 物理学报, 2017, 66(16): 169201. doi: 10.7498/aps.66.169201
    [10] 赵虎, 华灯鑫, 毛建东, 周春艳. 基于粒子谱的多波长激光雷达近场大气光学参数校正方法. 物理学报, 2015, 64(12): 124208. doi: 10.7498/aps.64.124208
    [11] 吴良海, 张骏, 范之国, 高隽. 多次散射因素影响下天空偏振光模式的解析模型. 物理学报, 2014, 63(11): 114201. doi: 10.7498/aps.63.114201
    [12] 狄慧鸽, 侯晓龙, 赵虎, 阎蕾洁, 卫鑫, 赵欢, 华灯鑫. 多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析. 物理学报, 2014, 63(24): 244206. doi: 10.7498/aps.63.244206
    [13] 王海华, 孙贤明. 两种按比例混合颗粒系的多次散射模拟. 物理学报, 2012, 61(15): 154204. doi: 10.7498/aps.61.154204
    [14] 张宝武, 张萍萍, 马艳, 李同保. 铬原子束横向一维激光冷却的蒙特卡罗方法仿真. 物理学报, 2011, 60(11): 113701. doi: 10.7498/aps.60.113701
    [15] 白璐, 汤双庆, 吴振森, 谢品华, 汪世美. 紫外波段多分散系气溶胶散射相函数随机抽样方法研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1749-1755. doi: 10.7498/aps.59.1749
    [16] 张改霞, 赵曰峰, 张寅超, 赵培涛. 激光雷达白天探测大气边界层气溶胶. 物理学报, 2008, 57(11): 7390-7395. doi: 10.7498/aps.57.7390
    [17] 赵宗清, 丁永坤, 谷渝秋, 王向贤, 洪 伟, 王 剑, 郝轶聃, 袁永腾, 蒲以康. 超短超强激光与铜靶相互作用产生Kα源的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2007, 56(12): 7127-7131. doi: 10.7498/aps.56.7127
    [18] 孙贤明, 韩一平, 史小卫. 降雨融化层后向散射的蒙特卡罗仿真. 物理学报, 2007, 56(4): 2098-2105. doi: 10.7498/aps.56.2098
    [19] 司福祺, 刘建国, 谢品华, 张玉钧, 窦 科, 刘文清. 差分吸收光谱技术监测大气气溶胶粒谱分布. 物理学报, 2006, 55(6): 3165-3169. doi: 10.7498/aps.55.3165
    [20] 郝樊华, 胡广春, 刘素萍, 龚 建, 向永春, 黄瑞良, 师学明, 伍 钧. 钚体源样品γ能谱计算的蒙特卡罗方法. 物理学报, 2005, 54(8): 3523-3529. doi: 10.7498/aps.54.3523
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-08-22
  • 修回日期:  2012-08-27
  • 刊出日期:  2013-01-05

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