人工制備生物顆粒結構對寬波段消光性能的影響

    為研究多態生物顆粒對目標探測等電磁設備的影響，將制備出的絮狀生物顆粒等效為子彈玫瑰花型粒子，構建不同分枝數目和分枝長度的生物顆粒，采用離散偶極子近似法計算生物顆粒消光效率因子。結果表明：生物顆粒結構對寬波段消光性能存在較大影響。遠紅外波段，生物顆粒消光性能與分枝數目和分枝長度成正相關；毫米波段，生物顆粒消光性能與顆粒分枝長度成正相關，與分枝數目關系很小。在研究消光效率因子與分枝數目和分枝長度關系的基礎上，構建了生物顆粒遠紅外波段平均消光效率因子模型。模型的構建將為生物顆粒寬波段消光性能研究以及形態控制提供參考。關鍵詞：生物顆粒； 消光效率因子； 寬波段； 消光性能； 離散偶極子近似。

    生物氣溶膠是指形體微小的單細胞或近似單細胞生物，包括空氣中的細菌、真菌、病毒、塵螨、花粉、孢子、動植物碎裂分解體等，穩定地懸浮于氣體介質中形成的分散體系。通常，大氣中的生物顆粒濃度較低，不能對大氣宏觀特性產生影響，對遙感、探測、定位設備的使用影響同樣較小。但在某些特定環境下，例如春季楊柳絮、花粉集中傳播以及人為釋放等因素，空氣中局部區域的生物顆粒濃度迅速增大，這將對環境監測、大氣遙感、目標探測等方面產生嚴重的不利影響。

    目前，針對生物消光性能的研究已經取得了一些成果，采用不同的粒子散射計算方法得到了生物細胞的消光特性。K.P.Gurton[11]等測量了光通過霧化枯草芽孢桿菌溶液的透過率，分析了其紅外消光性能。Rebekah Drezek等利用有限時域差分法，計算了生物細胞寬波段光散射特性。Maxim Kalashnikov等[13]通過實驗得到了生物細胞光散射圖，研究了細胞體和細胞器對后向散射的影響。W Wu等[14]使用電子顯微鏡計算了生物樣品的光學特性。李樂等[15]計算了黑曲霉孢子的復折射率，求出了黑曲霉孢子紅外波段的質量消光系數。

    研究只分析了生物顆粒在可見光和紅外波段的消光性能，均未考慮在毫米波段的消光性能，然而大量探測設備工作于毫米波段。對于生物顆粒的建模，大部分應用于細胞，并將其等效為理想化的、對稱的、均勻分布的球形、橢球形粒子或由球形粒子組成的復雜結構來處理，而未將生物顆粒的形狀多樣性突顯出來。但是，大多數生物顆粒形態復雜多樣，比如球狀、桿狀、鏈狀、絲狀以及絮狀等，有的還有復合結構。球形粒子將不能逼真地表征這些生物顆粒，生物顆粒結構必將對其消光性能產生較大影響。