【摘 要】
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本文以蓝绿激光对潜通信为背景,以米氏散射为模型,研究蓝绿激光在海水中传输时的衰减特性。海水中成分复杂,有不同颗粒大小的悬浮颗粒,无机盐等会造成不同程度的光学散射。海水中单位体积存在的悬浮颗粒粒子数,以及悬浮颗粒粒径大小都会对激光传输造成不同程度的散射衰减。而在一般海水的散射影响计算中,大多给以经验估计的常数为散射系数。对海水中引起米氏散射的悬浮粒的粒子粒径都以与光波长相比拟的方式定性描述,描述不精
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本文以蓝绿激光对潜通信为背景,以米氏散射为模型,研究蓝绿激光在海水中传输时的衰减特性。海水中成分复杂,有不同颗粒大小的悬浮颗粒,无机盐等会造成不同程度的光学散射。海水中单位体积存在的悬浮颗粒粒子数,以及悬浮颗粒粒径大小都会对激光传输造成不同程度的散射衰减。而在一般海水的散射影响计算中,大多给以经验估计的常数为散射系数。对海水中引起米氏散射的悬浮粒的粒子粒径都以与光波长相比拟的方式定性描述,描述不精确。导致在求解实际海水的散射系数不准确。针对以上问题,本文以粒子实际粒径与蓝绿激光的波长相比构建相对粒子尺寸,对米氏散射模型的相关系数进行计算,得出了散射角余弦值的平均值、消光因子、吸收因子、前向散射因子、后向散射因子、后向散射因子与前向散射因子的比值随相对粒子尺寸变化的规律。量化计算了532 nm蓝绿激光在海水中传输时,引起米氏散射的散射陆源悬浮粒子的粒径范围。陆源悬浮粒子占主要成分的海水中复折射率为1.34+2.34×10-4i,随着悬浮粒子粒径增加米氏散射在散射中的影响程度变强。通过米氏散射的特性,即前后向散射的强度不同使得发生米氏散射时,散射角余弦值的平均值会增大。根据米氏散射明显时散射角余弦值的平均值趋向于0.9的特点,判断产生米氏散射的起始粒子粒径约为508 nm。通过分析米氏散射后向散射因子随相对粒子尺寸增加出现急剧增加并且振荡的位置,判断米氏散射模型在此相对粒子尺寸时适用度低。此时悬浮粒子粒径大小约为2010 nm。此计算可为其他激光波长在海水中传输时,针对不同复折射率的水体,确定水体中的粒子成分、粒径范围提供方法。利用特定的海域单位体积的陆源悬浮粒子质量数据,比较了悬浮粒子粒径和单位体积粒子数对消光系数的影响。得出了在上述条件下引起米氏散射最强的粒径约为1200 nm。计算了藻类悬浮粒子占主要成分的水体对米氏散射的影响,相对比陆源粒子主导的悬浮粒子水体,得出水体的复折射率虚部的米氏散射计算很重要,当虚部较大时,主要影响米氏散射引起的吸收因子。
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