人工制备生物颗粒结构对宽波段消光性能的影响

    为研究多态生物颗粒对目标探测等电磁设备的影响，将制备出的絮状生物颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子，构建不同分枝数目和分枝长度的生物颗粒，采用离散偶极子近似法计算生物颗粒消光效率因子。结果表明：生物颗粒结构对宽波段消光性能存在较大影响。远红外波段，生物颗粒消光性能与分枝数目和分枝长度成正相关；毫米波段，生物颗粒消光性能与颗粒分枝长度成正相关，与分枝数目关系很小。在研究消光效率因子与分枝数目和分枝长度关系的基础上，构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型。模型的构建将为生物颗粒宽波段消光性能研究以及形态控制提供参考。关键词：生物颗粒； 消光效率因子； 宽波段； 消光性能； 离散偶极子近似。

    生物气溶胶是指形体微小的单细胞或近似单细胞生物，包括空气中的细菌、真菌、病毒、尘螨、花粉、孢子、动植物碎裂分解体等，稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系。通常，大气中的生物颗粒浓度较低，不能对大气宏观特性产生影响，对遥感、探测、定位设备的使用影响同样较小。但在某些特定环境下，例如春季杨柳絮、花粉集中传播以及人为释放等因素，空气中局部区域的生物颗粒浓度迅速增大，这将对环境监测、大气遥感、目标探测等方面产生严重的不利影响。

    目前，针对生物消光性能的研究已经取得了一些成果，采用不同的粒子散射计算方法得到了生物细胞的消光特性。K.P.Gurton[11]等测量了光通过雾化枯草芽孢杆菌溶液的透过率，分析了其红外消光性能。Rebekah Drezek等利用有限时域差分法，计算了生物细胞宽波段光散射特性。Maxim Kalashnikov等[13]通过实验得到了生物细胞光散射图，研究了细胞体和细胞器对后向散射的影响。W Wu等[14]使用电子显微镜计算了生物样品的光学特性。李乐等[15]计算了黑曲霉孢子的复折射率，求出了黑曲霉孢子红外波段的质量消光系数。

    研究只分析了生物颗粒在可见光和红外波段的消光性能，均未考虑在毫米波段的消光性能，然而大量探测设备工作于毫米波段。对于生物颗粒的建模，大部分应用于细胞，并将其等效为理想化的、对称的、均匀分布的球形、椭球形粒子或由球形粒子组成的复杂结构来处理，而未将生物颗粒的形状多样性突显出来。但是，大多数生物颗粒形态复杂多样，比如球状、杆状、链状、丝状以及絮状等，有的还有复合结构。球形粒子将不能逼真地表征这些生物颗粒，生物颗粒结构必将对其消光性能产生较大影响。