光波经半软边介质散射后的统计光学特性及其逆问题研究

The scattering of light waves from a weaker scatterer is a subject of considerable importance due to potential applications in areas such as remote sensing, detecting, and medical diagnosis. Most of the present researches are focused on the scattering of light waves from soft boundary media (for example, Gaussian distribution). However, due to the influence of the external force (for example, light pressure), the distribution of scattering potential of a scatterer may change. In such a case, a semisoft boundary model (for example, flattened Gaussian distribution), rather than the frequently-cited soft boundary one, is proper to describe the properties of the scatterer. Therefore, in this project, we will study the statistical optical properties of light waves on scattering from semisoft boundary media and its inverse problem. The main content of this project is arranged as follow. 1. The statistical optical properties of scalar light waves on scattering will be studied and the influence of the structure characters of scatterer on the scattered field will be discussed. 2. The statistical optical properties of vector light waves on scattering, including the spectral density, the spectral degree of coherence, and the spectral degree of polarization, will be studied. 3. The inverse problem of light waves on scattering from semisoft boundary media, i.e. the determination of structure information from measurements of the scattered field, will be discussed. These researches will reveal the scattering properties of light waves from semisoft boundary media and provide potential method for determination of the structure characters of a scatterer.

光波弱散射过程中光学特性的研究在遥感、探测以及医学检测等方面具有重要的应用，因而受到研究人员的广泛关注。目前的研究主要讨论光波经软边介质（例如，高斯分布）散射后的光学特性。然而，当介质受到外界影响时（比如：光压），散射势分布特征将发生变化。此时，采用半软边散射势模型（例如，平顶高斯分布）描述介质的光学特性比软边散射势模型更为合理。基于上述原因，本项目研究光波经半软边介质散射后的统计光学特性及其逆问题。主要内容包括：1. 研究标量光波经半软边介质散射后的统计光学特性，并讨论散射介质的结构特征对散射场分布规律的影响；2. 研究矢量光波经半软边介质散射后的统计光学特性，包括散射场的光谱强度、光谱相干度以及光谱偏振度；3. 研究光波经半软边介质散射的逆问题，即通过散射场的光学特性重构半软边介质的结构特征。通过本项目的研究，将给出光波经半软边介质的散射规律，并为介质结构特征的探测提供理论支持。

光波散射过程中光学特性的研究在遥感、探测以及医学检测等方面具有重要的意义，因而受到国内外研究人员的广泛关注。当介质受到外界影响时，其散射势的分布特征将发生变化。此时，采用半软边散射势模型描述介质的光学特性比软边散射势模型更为合理。基于上述原因，本项目主要研究了光波经半软边介质散射后的统计光学特性及其逆问题。. 在本项目的支持下，主要研究内容和研究成果为：1.给出了各向同性半软边介质和各向异性半软边介质的数学模型；研究了标量光波经半软边介质散射后的远场光学特性；发现了光波经半软边介质散射后的光谱移动和光谱开关现象。相关成果发表在JOSAA、Optics Communications等刊物上。2.研究了矢量光波经半软边介质散射后的统计光学特性，包括散射场的光谱强度、光谱相干度；讨论了入射场的光学特性和散射介质的结构特征对散射场光学特性的影响；得到了散射场的光学特性与散射介质结构特征之间的关系。相关成果发表在JOSAA、Chinese Optics Letter等刊物上。3.研究了光波散射过程中的等价理论、互易关系；讨论了光波散射过程中不同介质产生相同光谱强度、相同光谱相干度的可能性；给出了同种类型不同参数介质产生相同光谱强度、相同光谱相干度的条件；给出了不同类型介质产生相同光谱强度、相同光谱相干度的条件。相关成果发表在Optics Express、JOSAA、Optics Communications等刊物上。4.研究了光波经任意朝向椭球形介质散射后的统计光学特性，包括光谱分布、光谱强度分布、光谱相干度分布，讨论了粒子朝向对远场光学特性的影响。相关成果发表在JOSAA上。. 本项目系统的阐述了光波散射过程中的一些重要问题，讨论了入射场的光学特性、介质的结构特征尤其是半软边特征对散射场统计光学特性的影响，建立了散射场的光学特性与散射介质结构特征之间的关系，为散射方法测量介质的结构特征提供了理论支持。相关研究成果在国内外学术刊物发表SCI论文15篇，其中SCI二区、三区期刊论文10篇, 研究成果引起了国内外同行的广泛关注，为后续工作的继续开展奠定了较好的基础。