马坤林硕士生的报告题目是《均匀球粒子直径彩虹测量方法模拟》。基于激光彩虹原理的均匀球粒子直径测量方法具有精度高、系统简单等特点；在报告中，马坤林硕士生重点介绍了激光彩虹测量方法对均匀球形粒子直径的绝对测量和高精度直径变化量的相对测量方法，并进行了相关的模拟计算分析；直径的绝对测量是利用均匀球粒子一阶彩虹的空间强度角分布的频谱特点，在折射率一定的情况下，其一阶彩虹的Ripple结构频率f_ripple与直径呈线性关系；直径变化量的相对测量方法是根据彩虹信号粒子直径的的微小变化引起ripple结构产生相对位移，利用相位移动量与直径改变量之间关系进行直径变化量的高精度测量，该方法对直径的相对变化量的测量精度为10nm左右。

利用均匀球Mie理论模拟计算室温条件下水滴（折射率1.3322）氦氖激光波长（632.8nm）下形成的一阶彩虹ripple频率与直径关系，并模拟分析彩虹角宽度为8.2°情况下的直径测量误差；模拟室温下直径2500μm下球形液滴直径变化相对差为0-0.5μm范围内的球形液滴ripple结构相移量与直径关系，为球形液滴直径的绝对测量和直径微小改变量的测量提供理论基础。

图1 均匀球一阶彩虹强度角分布（直径d=1000μm）

图2 均匀球一阶彩虹f_ripple与直径关系（计算条件：m=1.3322,角宽度8.2°）

图3 球粒子一定直径范围内反演直径与标称直径差曲线（m=1.3322，角宽度8.2°）

通过Mie理论计算分析得到室温下水滴的一阶彩虹，图1是直径1000μm下球粒子一阶彩虹强度分布，其ripple结构的频率与直径关系由图2给出，拟合得到线性关系式为d=56.625*f_ripple。由于一阶彩虹仅存在于一定的角范围内，对m=1.3322（水粒子）的一阶彩虹ripple频率测量存在一定误差，图3为直径1000-1040μm反演直径与标称直径差，其误差小于4μm。

图4 直径微小不同两球粒子的一阶彩虹强度角分布（模拟计算条件：n=1.3322）

图5 不同直径与确定直径（2500μm）液滴一阶彩虹相位差曲线（n=1.3322）

均匀球粒子一阶彩虹Ripple结构对直径的微小改变异常敏感，图4表明一阶彩虹ripple结构有微小位移，采用交叉谱密度（CSD）方法可得到ripple结构的相位差，图5仿真了直径2500μm水滴直径变化0-0.5μm时对应相位差关系曲线，表明直径变化0.256μm对应ripple结构平移一个条纹，相位变化1个周期。

编辑：朱长江 赵壮