梯度折射率介质内瞬态矢量辐射传输机理及其数值模拟

本申请项目为"梯度折射率介质内瞬态矢量辐射传输机理及其数值模拟"，主要研究梯度折射率介质内瞬态偏振辐射的传输机理，揭示瞬态辐射传输过程中辐射能及其偏振态的变化规律，建立描述梯度折射率介质内瞬态矢量辐射传输的物理数学模型和高效数值模拟方法，发展利用包含偏振态在内的辐射信息进行非均匀介质辐射特性反演重建的方法。研究意义：本研究为超短脉冲激光加工、遥感、生物医学光学等领域内瞬态矢量辐射传输过程的分析和应用奠定理论基础。

本项目主要研究梯度折射率介质内瞬态偏振辐射的传输机理，揭示瞬态辐射传输过程中辐射能及其偏振态的变化规律，建立描述梯度折射率介质内瞬态矢量辐射传输的物理数学模型和高效数值模拟方法，并发展利用包含偏振态在内的辐射信息进行非均匀介质辐射特性反演重建的方法，同时开展了相应的实验研究工作。结合研究计划，本项目主要开展并完成以下五个方面的研究：.1、在深入分析梯度折射率介质内偏振辐射传输的基本物理过程的基础上，给出了梯度折射率介质内矢量辐射传递过程的守恒量，得到了适用于梯度折射率介质内偏振辐射的广义Clausius不变量关系，并推导出可以描述一般参与性梯度折射率介质内的瞬态偏振辐射辐射传输的控制方程;.2、为了得到梯度折射率介质内矢量辐射传输的一种基准解法，发展了一种蒙特卡洛法用于模拟梯度折射率介质内的稳态及瞬态矢量辐射传递，光线跟踪采用弯曲光线跟踪技术，并给出了一种新的辐射强度探测器实现方案；.3、建立的梯度折射率介质矢量辐射传递方程直角坐标系下的展开形式.本研发展了一种基于微分方程离散的谱元法用于求解梯度折射率介质内的矢量辐射传递过程；与蒙特卡洛法相比，谱元法可以更高效的用于梯度折射率介质内的矢量辐射传递过程。.4、发展了一种基于显卡的规模并行蒙特卡洛法用于模拟多层平板介质内的辐射传递，该方法极大的提高了蒙特卡洛法的计算速度可以有效用于介质物性参数的反演。在所研究的并行蒙特卡洛法的基础上，本研究进一步分析了探测信号对辐射特性参数的敏感性。.5、基于偏振信息测量液体辐射特性参数，采用双光程法和椭偏法测量七种浓度盐水溶液的复折射率，得到连续光谱下盐水溶液的n、k值及拟合关系式。