气溶胶对天空偏振辐射影响的测量

研究了气溶胶光学特性对天空偏振辐射的影响以获得实际的天空偏振分布模式.采用自主搭建的天空偏振辐射测量系统,于不同日期、同一地点在太阳子午面内进行了若干实验,分别测量了太阳高度角约为60°时,435～465 nm,535～565 nm,685～715 nm 3个波段光在散射角为90°时对应的偏振度和辐射强度.用大气压强、能见度等参数进行理论计算获得了气溶胶光学厚度.当气溶胶光学厚度在0.2～0.55间逐渐增大时,3个波段对应的最大偏振度分别从43％减小到22％、从41％减小到21％、从38％减小到19％,而对应的辐射量不断增大.实验结果表明:随着气溶胶光学厚度的增大,偏振度不断减小,尤其是对长波长,偏振度的衰减更明显,从而不利于偏振光导航.     

光弹调制差频偏振测量及误差分析

针对现有光弹调制测量偏振方法无法用普通阵列探测器有效采集锁相频率,难以测量复色光的偏振特性等缺点,提出了一种三光弹调制器互差频调制的新型偏振测量方法.操作时,3个光弹调制器分别工作在频率w1,w2和w3上,三频率大小略有差异,从而可以对光进行差频调制并产生载有被测光偏振信息的低频调制分量(0,w1-w2,2w1-2w3);然后,通过锁相放大即可以一次测量获得斯托克斯矢量S中的S0,S1和S2.介绍了三光弹调制差频偏振测量的基本原理,通过相应的数值仿真和实验验证了其可行性,并对差频大小、相位延迟幅度等因素对测量结果的误差进行了初步分析.分析表明,该方法不仅保留了原光弹调制偏振测量方法测量精度高等优点,而且调制光电流频率下降了2～3个数量级(10～500 Hz),普通阵列探测器即可实现探测,在高精度偏振成像技术方面具有潜在的应用价值.     

天空偏振光测量系统的设计

根据一束光的偏振特性可以由斯托克斯矢量来表征的原理,设计搭建了一种天空偏振光测量系统。该系统由计算机、赤道仪、光纤光谱仪和配备了可旋转偏振片的改进式天文望远镜组成,在400~900 nm的光谱分辨率为1.4 nm。赤道仪经过标定后可以实现0~180°方位角以及0~90°高度角的调整,角度分辨率为2.5°。系统的光学全视场为4.5°,使用该系统可以测量全天空的光强辐射度、偏振度以及偏振方位角。由标定结果可知,系统光强测量的重复率在450~500 nm为99%,在500~900 nm为(95±3)%;在400~750 nm偏振度测量误差＜2%,在475 nm处达到1.2%。偏振方位角的测量误差＜2°。     

正入射角锥偏振光的失偏测量与纠偏

为解决角锥棱镜失偏效应,提出一种外加晶片的椭圆偏振光纠偏方案。总结角锥实棱倾斜时的修正公式,同时建立角锥在顺、逆时针反射次序下的纠偏模型。分析该模型表明利用两个半波片和一个延迟片可以使角锥的入/出射偏振态保持不变。根据上述模型,用1 064 nm波长的激光器,对实棱线竖直摆放的BK7玻璃角锥进行顺、逆时针纠偏实验。光波矢与水平方向的夹角在90°至0°之间变化,以获得不同的线偏振态,经纠偏后最大失偏椭圆率绝对值从35°纠正为5°。对于近圆偏振光,经纠偏后椭圆率从44°下降到40°。     

用于纳米气溶胶质谱仪的毛细管进样接口传输特性研究

采用自制的X射线离子诱导成核纳米颗粒物生成装置,通过纳米扫描迁移率颗粒物粒径谱仪（Nano-SMPS）测量纳米颗粒物通过毛细管之前、之后的粒谱分布,获得了纳米颗粒物穿透率随毛细管的内径、长度及进样流量的变化曲线,并对纳米颗粒物在毛细管中的传输损耗进行实验探究。同时,结合气溶胶颗粒物传输沉积模型,对纳米颗粒物的穿透率进行理论计算,并与实验测量值进行比较和讨论。结果表明,对于粒径小于10 nm的纳米颗粒物,受布朗运动等因素的影响,其穿透率与毛细管的尺寸及进样流量有较强的相关性。此外,采用毛细管进样接口结合激光电离气溶胶飞行时间质谱仪对部分纳米颗粒物的化学成分进行检测,获得了初步的实验结果。     

秸秆燃烧和沙尘对气溶胶光学特性的影响

利用多年积累的我国几个典型地区的太阳辐射计观测数据,反演了秸秆燃烧和沙尘日及其前后晴朗日的气溶胶光学厚度(AOD)和表征粒子尺度的ngstrm指数(α),并运用观测结果和反演数据对已知气溶胶源予以验证。对比分析了多个典型地区源自秸秆燃烧和沙尘的气溶胶光学特性,结果显示,秸秆燃烧和扬尘时AOD都大幅增加,而α在秸秆燃烧时比通常晴朗日增大,取值大于1.3;在扬尘时比通常晴朗日明显减小,取值小于0.5。另外,不同地区不同气溶胶源的AOD与α的关系明显不同。分析结果表明,α可作为秸秆燃烧和沙尘天气的一个标志参数,为生物燃烧性有机碳黑气溶胶光学特性的检测方法提供依据,也可为分析我国西北城市地区受周边沙漠的影响程度提供有益参考。     

海洋气流气溶胶传输与沉降模型研究

为模拟飞机在海洋上空飞行时气流气溶胶在其结构表面的动态累积过程,准确获取造成飞机结构腐蚀的基础数据,针对海洋上空气流特性,分析海洋气流气溶胶的存在形态、尺寸、尺寸谱、浓度及近海和远海气溶胶的产生函数,得到风速、传输距离等因素对海洋气流气溶胶沉降数量的影响;在考虑传输过程中沉降速度随时间变化的基础上,建立气溶胶传输和沉降的双指数模型,并对模型的适用范围、灵敏度、可用性进行分析、验证。结果表明,该模型以沉降速度和距离变化为基础,综合考虑水平、垂直两个维度的浓度变化,对初始沉降量、风速、初始沉降速度、沉降速度减小系数等参数的变化十分敏感,计算结果与实测结果相关系数接近0.99。可见,模型较好地描述了海洋气溶胶在海洋大气环境区域的传输与沉降问题,为进一步描述飞机飞行过程中机身表面气溶胶的累积过程奠定了基础。     

传感器倾斜对于偏振光航向解算的影响

昆虫利用偏振光获取航向,经典的偏振光航向角解算方法都需要偏振光传感器指向天顶点.针对这一问题,设计了基于太阳位置模型、瑞利天空模型和虚拟偏振传感器的偏振光航向解算仿真系统,详细研究了 4种典型的基于偏振光的航向解算方法在仅俯仰倾斜、仅滚转倾斜、俯仰和滚转倾斜条件下的误差特性.最后,仿真和实验均表明,4种典型方法在受到倾...     

入射激光对激光扫描共聚焦显微镜分辨率的影响

利用点扩散函数(PSF)研究了入射激光的偏振态和光束的束腰直径对激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)分辨率的影响。根据Wolf和Richards的矢量衍射积分,建立了LSCM N-1层界面下的照明PSF模型,对零层和两层界面下的PSF进行了计算分析。结果显示:在零层界面下,圆偏振光入射的PSF在xy平面内关于焦点旋转对称,半峰全宽为0.43μm,x向线偏振光入射时PSF在x、y方向的半峰全宽分别为0.48,0.39μm;在圆偏振光入射的PSF中,高斯光束充溢系数为0,1,2,5对应的半峰全宽分别为0.43,0.47,0.62,1.49μm。在两层界面下,当探测深度为50μm时,圆偏振光PSF的半峰全宽为0.26μm,x向线偏振光入射时PSF在x、y方向的半峰全宽分别为0.28,0.24μm;在圆偏振光入射的PSF中,充溢系数为0,1,2,5对应的半峰全宽分别为0.26,0.28,0.32,0.68μm。以上计算结果表明,和线偏振光相比,圆偏振光在一个方向的分辨率优于线偏振光,在相垂直的另一个方向的分辨率弱于线偏振光,圆偏振光PSF在xy平面内关于焦点旋转对称,得到了较好的成像质量;物镜入瞳直径与激光束腰直径比值越小,LSCM的分辨率越好。     

偏振对于光纤光栅传感器工作性能影响的研究

基于布拉格衍射理论的光纤光栅传感器应用于温度、浓度、应力等参量高精度测量,通常要求高精度的波长分辨率.当入射光波前有偏振态存在时,将会对光栅系统的波前测量结果产生误差.在保偏光纤中,偏振对于光栅的影响尤为严重.当光栅周期与光栅矢量排布方向发生改变时,它与带有偏振信息波前作用后的衍射波前也会发生变化,而且在不同的衍射级上...     

偏振光的Stokes列矩阵表示及应用

介绍了光学系统的偏振效应以及常用的偏振分析方法,引入了Stokes列矩阵来表示入射光波的偏振特性,并给出了Stokes各参量的实验测定方法与计算公式。     

Diffraction of circularly polarized light from near-field optical probes

Diffracted fields from 100-nm aperture near-field scanning optical microscopy (NSOM) probes and uncoated tapered fibres are measured and analysed. Using a solid angle scanner, the two-dimensional intensity distribution and polarization state of the diffracted light are resolved experimentally. Polarization analyses show that circularly polarized input light does not maintain its polarization state for all diffraction angles, and is completely filtered into linearly polarized light at large polar diffraction angles. This drastic decomposition originates from the vector nature of light diffracted by the sub-wavelength aperture. There is a fundamental difficulty in generating circularly polarized light near the aperture of NSOM probes owing to polarization-dependent diffraction in the near-field regime. This is illustrated by the Bethe-Bouwkamp model using circularly polarized input light.     

The effect of detector size on the signal-to-noise ratio in confocal polarized light microscopy

We introduce a signal-to-noise ratio in an attempt to suggest an optimum pinhole size for confocal polarized light microscopes. We find that pinhole sizes which are typically 60% greater than those used in nonpolarized light confocal microscopy are appropriate.     

光学粉尘浓度测量仪响应特性曲线的计算与分析

根据 Mie散射理论计算了 5种光学粉尘浓度测量仪的光散射响应特性曲线 ,对照呼吸性粉尘在人体呼吸道中的沉降效率曲线 ,对这些光学粉尘浓度测量仪的响应特性进行了分析。得出的结论是 :采用近前向型光散射结构、多波长照明光源和大孔径散射光收集系统的光学粉尘浓度测量仪 ,其响应特性曲线更接近于人体对呼吸性粉尘的采集效率     

雾和气溶胶前向散射对消光的影响

光电工程中探测器接收的光强包括透射光和大气前向散射光。雾和大气气溶胶粒子的前向散射增强了透射光,从而导致测量的衰减比实际衰减小。本文采用Mie散射理论,根据气溶胶谱分布以及雾滴的谱分布模型及其与能见度的经验关系,计算了可见光到中波红外波长的前向散射修正因子。详细分析了激光在气溶胶和雾衰减中前向散射修正因子随粒子平均半径、能见度和波长等参数的变化关系,并拟合出前向散射修正因子随粒子平均半径和视场乘积的经验关系式,在10°视场内平均残差小于0.02,可为相关光电工程提供参考。     

A porous carbon film for the collection of atmospheric aerosol for transmission electron microscopy

This paper describes a method of direct sampling of fine urban aerosol using porous carbon films, to increase collection efficiency and retain the structural integrity of the aerosol. A nuclepore membrane filter was coated with carbon and washed with chloroform to leave a clean porous carbon film on a 200-mesh transmission electron microscope copper grid. The grid was attached to a clean nuclepore filter using carbon cement. Sampling was conducted for 1 h at 1.9 L min⁻¹ flow rate. The porous carbon grid with sample was then assayed using transmission electron microscopy, and negatives were suitable for image analysis. The collection of fine airborne particles using this method is appropriate for electron microscopy, with a minimum of interference to the structure of collected particles.     

动态线偏振光散射纳米颗粒粒度测量法的研究与分析

多重散射是传统动态光散射法测量纳米颗粒溶液浓度上限受到限制的主要原因。为此文中提出了动态线偏振光散射纳米颗粒粒度测量法,通过改变颗粒入射光和散射光的偏振状态,降低颗粒间多重散射的影响。现利用Mie散射理论分析了入射光与散射光偏振状态之间的关系,并通过实验方法探知偏振光在散射介质中的传输特性,揭示了在动态光散射中使用垂直偏振光作为入射光的实验依据。最后对动态线偏振光散射颗粒测量法和传统光子相关光谱测量法进行了实验及分析,通过两种方法的比较,验证了上述理论的正确性。