[发明专利]用于烟雾介质散射特性穆勒矩阵图样的分振幅型测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于烟雾介质散射特性穆勒矩阵图样的分振幅型测量方法，属于偏振传输探测领域。

背景技术

目前城市污染所导致雾霾天气日益严重的现象，使得环境中某些介质对光的吸收和散射产生衰减作用，为了研究光子与烟雾介质中粒子的作用过程，对大量光子采用蒙特卡洛的计算机模拟方法，得到烟雾环境穆勒矩阵中16个元素的仿真图样。该模拟方法与其他方法相比，具有条件限制影响小、操作简便，仿真误差小等优点。

为了验证仿真结果的正确性，采用实际的实验方法得到散射图样，进行对比。由于需要对穆勒矩阵中的16个散射图样依次进行验证，则实验中至少需要16种组合才能充分表达穆勒矩阵中各元素。Hielscher和国防科技大学分别采用49种和36种组合完成对液体反射的背向散射图样测试，福建师范大学以起偏片和检偏片分别调节为水平、垂直、+45°线偏和右旋圆偏方向的16种组合得到液体样品穆勒矩阵图样，节省了大量的实验过程。但在实验中，由于每一次调节对探测结果精确性的影响和记录的不同时性，使得测量精度下降，难以满足对计算机仿真结果验证的准确性高的要求。而且现有的测试方法多是对稳定的液体散射特性的测量，对于烟雾气体环境中由于烟雾粒子沉降所造成的测试环境不稳定的现象并未考虑。

可见现有介质散射穆勒矩阵图样的验证方法操作复杂，精确性低，数十组繁琐的实验操作过程并不适用于烟雾介质不稳定的特点，则烟雾气体环境中粒子散射特性穆勒矩阵的验证仍亟待解决。

发明内容

为了适应于烟雾介质特点，研究操作更简便、测试精度更高的散射特性穆勒矩阵的验证方法，本发明提出了用于烟雾介质散射特性穆勒矩阵图样的分振幅型测量方法。

用于烟雾介质散射特性穆勒矩阵图样的分振幅型测量方法，其特征是：包括发射系统、烟雾环境模拟系统、分光系统、接收系统和计算机处理系统，发射系统、烟雾环境模拟系统、分光系统、接收系统和计算机处理系统依次设置在光束传输的光路上；

所述发射系统包括激光器、准直扩束系统、滤光片、线偏振片Ⅰ和四分之一波片Ⅰ，且以水平方向为基准轴，线偏振片Ⅰ和四分之一波片Ⅰ的角度调节范围均为0°～360°或移除；

所述分光系统包括非偏振分光棱镜Ⅰ、非偏振分光棱镜Ⅱ和非偏振分光棱镜Ⅲ，且非偏振分光棱镜Ⅰ、非偏振分光棱镜Ⅱ和非偏振分光棱镜Ⅲ的透射能量与反射能量之比均为1:1；

所述接收系统包括接收单元Ⅰ、接收单元Ⅱ、接收单元Ⅲ和接收单元Ⅳ；所述接收单元Ⅰ包括四分之一波片Ⅱ、线偏振片Ⅱ和探测器Ⅰ；所述接收单元Ⅱ包括四分之一波片Ⅲ、线偏振片Ⅲ和探测器Ⅱ；所述接收单元Ⅲ包括四分之一波片Ⅳ、线偏振片Ⅳ和探测器Ⅲ；所述接收单元Ⅳ包括四分之一波片Ⅴ、线偏振片Ⅴ和探测器Ⅳ；以水平方向为基准轴，四分之一波片Ⅱ、线偏振片Ⅱ、四分之一波片Ⅲ、线偏振片Ⅲ、四分之一波片Ⅳ、线偏振片Ⅳ、四分之一波片Ⅴ和线偏振片Ⅴ的角度调节范围均为0°～360°或移除；

所述计算机处理系统通过数据线分别与探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ和探测器Ⅳ连接，且计算机处理系统与烟雾环境模拟系统连接；

实现步骤：

步骤一、开启激光器，发射光束经过准直扩束系统入射到滤光片进行滤光，获得的准直扩束平行光依次经过线偏振片Ⅰ和四分之一波片Ⅰ，通过移除或调节线偏振片Ⅰ和四分之一波片Ⅰ的角度进行起偏，以水平方向为基准轴，线偏振片Ⅰ和四分之一波片Ⅰ的角度调节范围均为0°～360°；

步骤二、将步骤一获得的出射光束入射到烟雾环境模拟系统，光束经烟雾环境模拟系统入射到分光系统，通过调节分光系统中三个非偏振分光棱镜的摆放位置，光束经分光系统分成四路，且每路光束的光强度均相同；

步骤三、步骤二获取的四路光束同时射入到四个接收单元；入射光束在四个光路上均依次经过四分之一波片和线偏振片后出射，四个探测器同时探测到四路出射光束的光强，且将探测信息传送给计算机处理系统，计算机处理系统进行图样处理，获得光强图样；

步骤四、完成上述步骤后，操作人员经计算机处理系统控制烟雾环境模拟系统中烟雾环境，并由计算机处理系统监测烟雾环境模拟系统中烟雾环境的粒子半径参数、折射率参数、湿度参数、浓度参数、温度参数，经计算机处理系统接收发射系统此时发射光束的四组光强图样，并记录烟雾环境模拟系统中的烟雾环境；

步骤五、调节发射系统中线偏振片Ⅰ和四分之一波片Ⅰ的摆放位置，以水平方向为基准轴，线偏振片Ⅰ和四分之一波片Ⅰ的角度调节范围均为0°～360°；重复步骤四，且保持烟雾模拟系统中烟雾环境参数与步骤四中记录的参数相同；