2实验装置和样本制备.DOC

基于偏振散射对大气中炭黑颗粒物表征 李达1,2，曾楠1, 2，曾毛毛1,3，廖然1,2, 马辉1,2* (1. 清华大学 深圳研究生院 深圳市无损与微创重点实验室，广东 2. 清华大学 物理系，北京 100084；3. 清华大学 医学院，北京大气的通过散射和吸收改变的偏振分析测量光的偏振信息可以关于颗粒物成分组成信息。炭黑是大气中光主要的吸收颗粒物研究，基于光的偏振散射原理提出了一种对大气中颗粒物表征的测量方法。散射模拟方法表征炭黑属性的特征参量进而实验特征参量验证的偏振参量对炭黑有较好的表征。偏振可以兼容现有非偏振散射仪器，还可以探测角度，优化探测装置。散射；矢量: O436.2　　　 文献标识码: A 引言 大气气溶胶对气候变化、云的形成能见度的改变有重要影响的污染健康和生态环境近年来大气颗粒物的成分研究人们的重视1-4]。燃料燃烧，机动车尾气排放和废气排放炭逐渐成为主要的颗粒物之一主要的可见光吸收性颗粒物，具有传输距离长、易和其它混合复杂颗粒物的特点5]。很多方法用来表征，质谱法分析炭黑的化学成分6]，电子显微镜炭黑颗粒物的形貌特点7]，滤膜采集测量炭黑颗粒物8]等。光学散射方法快速在线测量的优势受重视，通过空间的散射光测量颗粒物和对颗粒物进行表征9]。 偏振光学领域有广泛应用，光学中，参量对形态的变化很敏感，清晰表征生物组织变化信息10]；在领域，能精确测量薄膜的厚度和折射率11]；特别是在大气遥感领域，背向散光的偏振度大气光学厚度，检测气候变化和空气污染12]。，偏振散射在大气方面的应用还有目标识别，偏振遥感等领域13-15]。结构和光学属性如，形状，折射率和吸收系数，地影响散射光的偏振态3]。散射光测量方法，偏振技术能提供更丰富的信息使一维的强度信息变为多维的偏振信息，有助于提取对颗粒物光学特征和微观结构信息。偏振技术兼容现有的散射技术和装置，只需要在入射端和接收端加入起偏和检偏装置就可以非偏振测量装置变成偏振测量装置，不会增加装置的复杂而且偏振提供更多的信息有助于简化装置的探角度，装置的复杂性 本文中提出了一种基于偏振散射表征炭黑颗粒物的方法，，和，并对比了四个角度下的得到的偏振参量最终选择了作为炭黑的特角度中的2和S0之比作为偏振特征参量。任意光的偏振态16]。斯托克斯数学形式上由（1, S2, S3, S4）表示[16]。 (1) 公式（）中，0表示总的光强，和右旋光强之和。S1表示探测光变为0o或90o的倾向，若S10 则表明出射光更容易变成0o偏振方向。 S2表示探测光变为45o或-45o的倾向，若S20则出射光更容易变成45o偏振方向。S3表示探测光变为右旋或左旋圆偏振的倾向，若S30则出射光更容易变成右旋圆偏振。 米氏散射理论光子与相互作用会表现为光的散射和吸收17]。平面光入射的波长为强度为0，与各项同性球发生散射在散射场的任意光强可以表示为： (2) ，r表示散射体到的距离，散射角度，是散射强度函数表示平行和垂直于散射平面的强度分量。有散射振幅函数表示： (3) 散射振幅函数表示为： (4) ,是散射系数，,角。 矩阵用来散射体的性质。的入射光被各向同性球得到散射斯托克斯矢量，满足方程 ， (5) 其中，out和Sin分别是入射和散射斯托矢量，穆勒矩阵矩阵元()散射振幅函数的复数项： (6) 大气颗粒物的粒径分布，采用对数正态分布3,18]， 7) 其中 是气溶胶粒径，正态模式的两个参数：几何方差几何平均粒径 实验装置样本制备 装置 性实验的。是nm、功率mW的固体（新产业光电技术有限公司，L-III-532）出射光为水平起偏的线偏振光态发生器一个小孔光阑和线偏振片，组成光通过发生器可以被为光斑较小的任意线偏振光。的入射光被颗粒物散射后被通道所接收，雪崩光电探测器收集散光睿驰盛科技有限公司，示波器科技有限公司，信号进行，把数据存储在中以后数据处理。其余未被散射的光被光阱，。保证散射光外界光干扰，设计了一个密封腔偏振态发生器、散射光接收通道和光阱腔体上，在气路设计上，使用了科技公司，吸气产生负压，把颗粒物吸入测量腔中的办法，喷嘴，使用收窄设计保证颗粒物飞行方向与光线方向互相垂直。 接收端，参考了同时性测量矢量的工作19],采用一分二光纤束，每个光纤束前端装配有特定方向的偏振公司，消光比，如图其中片，虚线表示其方向，光纤束，光纤束集成器。可以同时测量和方位角的散射光45和I135，通过二者强度运算可以斯托克斯矢量的2和S0。 图1 （a）实验装置示意图（）散射光接收端的端面示意图 ig.1 (a) the experimental setup schematic repre