光学薄膜表面光散射特性的研究(2)
早期对粗糙表面散射特性的研究是从静态周期表面开始的。1895 年，Reyleigh第一次注意到了周期性表面的散射问题，并展开研究：他采用一个正弦形状的周期表面，让光正入射到表面上，从而得到了历史上第一个近似的散射模型。1956年，LaCasce 等人根据Reyleigh 的散射模型，把它推广到光斜入射到表面的情况。 对于随机粗糙表面的研究，最早是在 1951 年，Rice 采用一个略微粗糙的表面来代替正弦表面进行散射研究；随即在 20 世纪 50 年代中后期，Deryugin开始采用随机的粗糙表面作为模型来进行研究，从而拉开了随机粗糙表面散射研究的序幕。在众多的研究当中，主要分为两大派，一派从经典光学入手，利用粗糙表面的自相关函数来近似推导散射光的空间分布，从而研究粗糙表面的散射特性；另一派主要采用量子理论，力求从微观领域来进行散射问题的研究。 在众多采用经典理论进行研究的科学家当中，Beckman 无疑为粗糙表面散射特性研究做出了非常重要的贡献。20世纪 60年代，Beckman发展了随机粗糙表面的Kirchhoff 理论[1]，并提出了一套进行粗糙表面散射光功率测量的方法；他推导出了平均散射系数<P>与粗糙表面各点的平均反射系数<R>的关系。还给出了一种方法用来计算在特定方向上测量的散射光功率与镜面反射功率的比率。目前所进行的表面散射特性研究大部分都是基于 Beckmann理论，源]自=优尔-^论-文"网·www.youerw.com/ 在这个理论中唯一假设的相关统计量是 ACF(autocorrelation function)，并且假设 ACF是服从高斯分布的，从而求出自相关长度，并以此确定散射光的空间分布[7、8、9]。 与 Beckmann 理论不同，Bennet 和 Detriom 在 20 世纪 70 年代末提出了一种研究不连续散射中漫反射功率的方法，称为 TIS(total integrated scattering)方法；在这种方法中，TIS只与粗糙表面的表面粗糙度有关，而不需考虑散射表面周围散射光功率的空间角度分布。 20世纪70年代，科学家们开始运用量子理论来探索粗糙表面的散射理论旧。近些年来，运用Beckmann 理论来计算自相关函数并以此确定散射光空间功率分布的方法已日趋成熟。1988年，Haiming Wang 采用不同材料的表面作为样品来研究散射，计算出了这些样品表面的自相关长度，并且给出了样品表面散射光强度空间角度分布表达式。20世纪 90年代末，Bosse 等人利用He_Ne 激光器对粗糙表面进行测量。镜面散射功率的测量实验[7]和漫反射功率的测量实验[8]；其中给出了较为精确的漫反射功率统计表达式。
1.2 随机粗糙表面光学特性的应用 军事领域的应用需求一直是推动面散射研究发展的最大动力,大量从事面散射的工作得到了军方科研计划的支持,现代军事已将高精度制导和目标识别作为先进武器的发展方向。采用各种手段隐藏和发现军事目标的散射特性，是武器设计和使用中必须要考虑的问题，隐形技术是面散射用于军事目的的一个成功范例，借助于特殊的材料和表面涂层，军事目标的散射特征可以大大的改变或降低，不易被发现。这一技术目前已广泛应用于，飞行器、舰船、装甲车辆和火炮的设计中。 例如:在视距范围内通信时，接收端场强要受两者通信终端之间的表面散射特性所影响；用雷达识别海上或海面附近的目标时，必须要掌握海水表面的电磁散射特性；卫星通信中对流层传播层流散射研究；粗糙面的散射在微波与红外及可见光遥感中均起着很大的作用，它包括表面散射、体散射和辐射。微波、红外和可见光遥感，利用目标对电磁波的反射、散射和吸收等取得数据以识别目标形态和特征。它已迅速发展成为一个监测地球大气和行星表面的重要工具，在军事、陆地、海洋以及大气等诸领域均有广泛用途。由此可看出研究面散射在遥感及其应用领域中占有重要的地位并有着十分广泛的应用前景[2]。
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