顆粒污染光學(xué)鏡面激光傳輸損耗的特性研究.pdf

1、光學(xué)鏡面作為光學(xué)系統(tǒng)中的重要元件,它的散射特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能會(huì)產(chǎn)生重要的影響。在實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心合作項(xiàng)目的資助下,本文首先利用米氏散射理論建立了用于描述沉降在光學(xué)鏡面上的顆粒污染物的散射特性的雙向反射分布函數(shù)(BRDF)模型,隨后使用Matlab模擬仿真軟件,編制了用于計(jì)算 BRDF的模擬仿真程序,分別計(jì)算了可見光0.6328μm、近紅外光1.053μm和熱紅外光10.6μm三種入射激光波長(zhǎng)情況下光學(xué)鏡面顆粒

2、污染物的雙向反射分布函數(shù)(BRDF),最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果研究了激光入射時(shí),光學(xué)鏡面在不同污染條件下的散射特性。計(jì)算結(jié)果表明:
　　(1)光學(xué)鏡面的 BRDF與入射激光的波長(zhǎng)之間具有十分明顯的關(guān)系,隨著入射激光的波長(zhǎng)逐漸變短,光學(xué)鏡面上的 BRDF數(shù)值逐漸的變大,表明光學(xué)鏡面上的散射在入射激光波長(zhǎng)較短時(shí)比較復(fù)雜。
　　(2)對(duì)于干凈的粗糙鏡面,鏡面的 BRDF與鏡面的粗糙度及自相關(guān)長(zhǎng)度具有顯著地關(guān)系,在自相關(guān)長(zhǎng)度一定的情況下:鏡

3、面粗糙度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入射激光波長(zhǎng)(σ<<λ)時(shí),干凈鏡面的散射強(qiáng)度與粗糙度σ成正比,而與入射激光波長(zhǎng)λ成反比。
　　(3)當(dāng)光學(xué)鏡面受到顆粒污染物污染之后,污染鏡面的散射光強(qiáng)度與光學(xué)鏡面上污染顆粒物的數(shù)量關(guān)系密切:鏡面上的污染顆粒的數(shù)量越大,所得的BRDF值就越大,散射情況越復(fù)雜。
　　(4)受到顆粒污染的鏡面上的散射光強(qiáng)度還與污染顆粒物的尺寸大小之間存在著關(guān)系:鏡面上存在大尺寸顆粒時(shí),BRDF曲線的波動(dòng)變得十分劇烈,散射變得愈

4、加復(fù)雜。
　　在許多的情況下,光學(xué)鏡面受到污染之后的污染程度常常用“潔凈度”來表示。利用建立的雙向反射分布函數(shù)(BRDF)模型,在上述三種激光(0.6328μm、1.053μm、10.6μm)入射的情況下,我們還對(duì)在基本潔凈(潔凈度200)、輕度污染(潔凈度500)及重度污染(潔凈度750)三種光學(xué)鏡面潔凈度下鏡面的 BRDF進(jìn)行了模擬計(jì)算,結(jié)果表明:
　　(1)在入射激光的波長(zhǎng)一定的情況下,隨著光學(xué)鏡面的潔凈度逐漸變大,鏡

5、面上BRDF值也隨之變得越來越大,散射也就越強(qiáng),變得更加復(fù)雜。
　　(2)光學(xué)鏡面處于較低的潔凈度時(shí)所引起的 BRDF值就能與鏡面粗糙度引起的BRDF相當(dāng),這說明鏡面較少的污染顆粒就會(huì)對(duì)光學(xué)鏡面的散射產(chǎn)生較為顯著地影響,并且入射激光波長(zhǎng)越長(zhǎng),這種現(xiàn)象越明顯。
　　在上述理論分析的基礎(chǔ)上,首先介紹了一種測(cè)量BRDF的常用方法,然后根據(jù)CCD成像原理,運(yùn)用光束質(zhì)量分析儀進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)。對(duì)污染鏡面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了初步的研究,結(jié)果