楊曉東 田園 朱春燕

摘? ?要：為了使微光傳輸更加具體地應用到更多領(lǐng)域，文章對微光在大氣中傳輸?shù)闹饕绊懸蛩剡M行分析?？紤]的因素包括氣溶膠、水汽、灰塵等大顆粒，氧氣、氮氣等大氣氣體分子，光吸收特性以及折射率對傳輸特性的影響。結(jié)果表明，微光傳輸特性與可見光幾乎相同，影響因素的函數(shù)分布規(guī)則與可見光幾乎無差別，且驗證折射率完全不影響微光的傳播。

關(guān)鍵詞：微光傳輸;氣溶膠;光吸收;折射率

微光是自然光范圍內(nèi)能量較低的一系列電磁波，光照度范圍為10-5～10-1 lx，已經(jīng)低于人眼的視覺閾值，不足以引起人眼的視覺感知。月光、星光、大氣輝光以及它們的散射光是微光的主要能量來源[1]。利用微光的前提是要把微弱的光輻射增強到普通人眼能夠觀察的程度，目的是探測夜間和低光照度下的目標圖信息。

1? ? 微光傳輸基本理論

微光接收光電系統(tǒng)具有一定的孔徑，且傳播距離也不是特別遠，所以可將傳播大氣介質(zhì)視為平行于平面大氣[2-3]，這樣就可以認為微光的光學屬性不受海拔高度的影響。

微光的輻射傳輸受兩大因素的影響。第一影響因素是入射微光在大氣中被吸收和散射后的衰減量[4]，可表示為：

第二影響因素是傳輸能量的增添。將兩個影響因素相結(jié)合可得：

由微光輻射傳輸方程的一般表示可得微光傳輸?shù)挠绊懸蛩乇硎緸椋?/p>

超出了Rayleigh散射的范圍，所以應采用Mie散射理論[5]，近似Rosin-Rammler分布，表示為：

根據(jù)Mie散射理論，微光傳輸距離為s的總散射光強為：

當微光傳輸過程中照射到O2，N2，CO2等氣體分子時，極化的電偶極矩[6-8]可表示為P=pE，引入電偶極子，可整理得：

2? ? 特性分析

從Mie散射的光強表達式可以看出，當選定傳輸介質(zhì)為屬性不變的大氣，積分項將會是一個常數(shù)而不影響散射強度。此時對散射光強造成影響的只有入射光強度I0和傳輸距離s。如圖1所示。

入射光強的變化對傳輸距離的影響非常小。且在傳輸距離一定的情況下，散射光強總是與入射光強成一次函數(shù)關(guān)系。

由于Rayleigh散射和共振Raman散射所引起的電偶極矩和振幅、時間的關(guān)系如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著入射光強的減弱，即振幅減小，所產(chǎn)生的電偶極矩的周期完全相同，且振動規(guī)則并不發(fā)生變化。

3? ? 結(jié)語

微光的傳輸特性與自然光幾乎無差別。微光的光吸收特性也與可見光幾乎相同，且折射特性與可見光無差別。微光在大氣中的傳輸特性可以用可見光的方法進行研究，在各種實驗過程中，并不需要單獨考慮微光傳輸?shù)奶厥庑浴?/p>