各向异性介质和粒子系统的散射特性研究

散射现象的统计光学特性研究是一项备受国际关注的基础性学术研究课题，正不断展现其生命力和重要性。该项目以各向异性介质和各向异性粒子系统的散射特性为研究工作的核心，通过理论分析、公式推导和数值模拟，把握空间完全相干光、空间部分相干光乃至矢量框架下的随机电磁光束经由各向异性介质和各向异性粒子系统散射的物理规律；研究由于散射体的各向异性而产生的散射光场光谱密度、光谱相干度、光谱偏振度等统计光学特性的变化；分析多色光波经由各向异性介质和各向异性粒子系统散射后出现的光谱移动和光谱开关现象；探讨各向异性散射体产生各向同性散射光场的物理机制；推导准均匀各向异性散射体与其散射光场之间的互易关系。在此基础上进一步丰富研究手段、延伸研究领域，最终实现对光散射理论的拓展，创新成果能够直接推动通信、遥感、显微、检测等应用领域的发展。

散射现象的物理本质是光波的电磁场与散射体介质微粒之间相互作用的结果。就已有的科研成果来看，研究的散射体主要集中在各向同性介质，或者由各向同性粒子组成的散射系统上。在现实条件下还存在更为一般化的各向异性散射介质，以及由各向异性粒子组成的散射系统，因此拓展研究对象显得尤为重要。本项目主要侧重于研究准均匀各向异性介质的散射特性，以及研究由各向异性粒子组成系统的散射特性，入射光束也采用了更为一般化的多色平面光波。在本项目的研究过程中，我们分析了多色平面光波经旋转的准均匀各向异性介质以及旋转的各向异性粒子散射后出现的光谱移动现象，获得了散射场光谱的解析表达式并进行了相关的模拟计算，着重反映了散射体旋转角度对光谱移动的影响。探讨了光波经旋转的各向异性粒子散射后，其散射场光谱移动极值出现的规律，理论结果和模拟计算结果完全符合。研究了多色平面光波经由双各向异性粒子组成系统的散射，模拟计算结果表明，随着各向异性粒子之间距离的增加，散射场除了出现光谱移动还会出现光谱开关的现象。此外，在考虑传输光束的多样性以及光与物质的相互作用方面，研究了随机电磁光束通过电磁感应透明材料的传输，以及艾里光束通过手性材料和四能级电磁感应透明材料的传输。经过三年的实施，本项目的研究已经达到了预期的目标，取得了一系列理论创新成果，实现了对光散射和光传输理论的拓展。相关研究成果得到了国内外专家同行的认可，已在《Optics Letters》、《Optics Express》、《Optics Communications》、《Optik》、《European Physical Journal D》等学术期刊上发表SCI论文共七篇。向《Optics Communications》投稿论文一篇。