[发明专利]非球形多次散射介质的偏振传输特性测试与仿真验证方法

权利要求书

1.非球形多次散射介质的偏振传输特性测试与仿真验证方法，其特征在于，该方法采用的光学系统包括非球形介质模拟系统(1)、非球形介质浓度检测系统(2)、非球形偏振传输特性探测系统(3)及计算机处理系统(4)，

所述非球形介质模拟系统(1)由粒子发生装置(11)和烟雾箱(12)组成，粒子发生装置(11)与烟雾箱(12)密封连接；

所述非球形介质浓度检测系统(2)由第一激光器(21)、第一衰减器(22)和光功率计(23)组成，测量非球形介质浓度时，第一激光器(21)和第一衰减器(22)位于非球形介质模拟系统(1)的入射光路侧，且第一衰减器(22)设置在第一激光器(21)的出射光路上，第一激光器(21)作为光源，第一激光器(21)发射的激光通过第一衰减器(22)调制出射光强后射入非球形介质模拟系统(1)，光功率计(23)位于非球形介质模拟系统(1)的出射光路侧，光功率计(23)用于测量非球形介质模拟系统(1)射出光的光强度；

所述非球形偏振传输特性探测系统(3)由第二激光器(31)、第二衰减器(32)、线偏振片(33)、四分之一波片(34)和偏振态测量仪(35)组成，对非球形介质偏振特性进行测试时，第二激光器(31)、第二衰减器(32)、线偏振片(33)及四分之一波片(34)位于非球形介质模拟系统(1)的入射光路侧，用于产生偏振光并入射至非球形介质模拟系统(1)，偏振态测量仪(35)位于非球形介质模拟系统(1)的出射光路侧，用于测量非球形介质模拟系统(1)射出光的偏振态；

所述计算机处理系统(4)分别与非球形介质模拟系统(1)、光功率计(23)、偏振态测量仪(35)相连接；

具体该方法包括如下步骤：

步骤S1、前期准备：

①将碳纳米管200mg和无水乙醇20mL进行混合放入超声震荡机震荡0.5h，再与甘油80mL相混合经过超声震荡机震荡2h后，形成混合溶液，将所述混合溶液倒入粒子发生装置(11)中；

②在烟雾箱(12)中预先放置一载玻片，用于接收沉降的非球形烟雾粒子；

步骤S2、测量非球形烟雾介质的浓度：将非球形介质浓度检测系统(2)中的第一激光器(21)和第一衰减器(22)放置在非球形介质模拟系统(1)的入射光路侧，且第一衰减器(22)设置在第一激光器(21)的出射光路上，非球形介质浓度检测系统(2)中的光功率计(23)放置在非球形介质模拟系统(1)的出射光路侧，首先开启第一激光器(21)和光功率计(23)，由光功率计(23)对未充入非球形烟雾介质时的光强值进行记录；之后开启粒子发生装置(11)，由粒子发生装置(11)向烟雾箱(12)中充入非球形烟雾粒子，待烟雾环境稳定，记录非球形烟雾粒子充入时间，由光功率计(23)记录此时光强值，并由充烟前后的光强值计算该非球形烟雾介质充入时间下的光学厚度τ，用于表征非球形烟雾介质浓度ρ；

步骤S3、将步骤S2中烟雾箱(12)内的非球形烟雾介质排空，取出烟雾箱(12)中已接收到非球形烟雾粒子的载玻片，利用电子显微镜观察载玻片上的非球形烟雾粒子的形状及尺寸；

步骤S4、对非球形介质偏振特性进行测试：移走非球形介质浓度检测系统(2)，放置非球形偏振传输特性探测系统(3)，调节线偏振片(33)和四分之一波片(34)的角度，达到预期发射偏振态，开启第二激光器(31)和偏振态测量仪(35)，再次向烟雾箱(12)中充入非球形烟雾粒子，充入时间与步骤S2中完全相同，待烟雾环境稳定，记录偏振态测量仪(35)所测量的偏振度值；

步骤S5、将第二激光器(31)发射的激光波长、非球形粒子折射率及由步骤S3中电子显微镜所观察到的非球形烟雾粒子形状和尺寸一同输入到计算机处理系统(4)的T矩阵程序中，由T矩阵程序计算出非球形烟雾介质的散射特性参数，所述散射特性参数包括散射矩阵、散射系数以及吸收系数；

步骤S6、将步骤S2中所得到的光学厚度τ、步骤S4中所调节的发射偏振态和步骤S5得到的散射特性参数输入到计算机处理系统(4)的蒙特卡洛程序中，仿真偏振光经非球形烟雾粒子多次散射后的偏振度值；

步骤S7、将步骤S4中所测量的偏振度值与步骤S6中所得到的偏振度值相互对比，进行验证。

2.根据权利要求1所述的非球形多次散射介质的偏振传输特性测试与仿真验证方法，其特征在于：步骤S2中所述光学厚度τ与非球形烟雾介质浓度ρ的关系为：

τ＝ρ·C_e·L

其中，ρ为非球形烟雾介质浓度，C_e为质量消光系数，L为非球形烟雾介质厚度。