偏振光谱

一、偏振探测原理在介质中传输的光，与介质发生相互作用后，其偏振状态的斯托克斯参数或琼斯矩阵会发生变化，改变的程度与介质的物理特性（如其介质特性、结构特征、粗糙度、水分含量、观察角、辐照度等条件）密切相关。

利用光（主要为偏振光）来照射被测物质，经被测物与偏振光的相互作用后偏振光的偏振信息将按规律产生相应的变化，通过检测这种偏振信息的变化来实现测量该被测物的属性，是偏振探测的物理基础。

偏振光的检测是偏振光的应用和偏振探测的一个重要问题，偏振光的检测主要包括偏振光的强度、相位、和取向三个参量的定性分析和定量测量，其基本方法是把上述三个参量的测量转化为光强的测量。

二、偏振探测与雷达探测的对比在目标识别应用上,与主动雷达扫描方式不同,偏振成像设备体积小、功耗低,探测对象是物体主动发射或反射的电磁波中的偏振部分,便于自身隐蔽。

三、偏振探测与传统成像的对比在传统的图像处理、分析过程中所使用的技术都是基于光的强度特征和波长特征所提供的信息,这使现有的图像处理、分析以及理解算法很复杂,并且只能对图像中目标的轮廓、类别等做一些初步的分析和理解[5];而偏振图像有其自己统一简单的算法[6],其结果在图像目视效果方面明显。

偏振探测的特点（相对于普通成像技术）：①偏振探测有助于辨别具有不同质地的目标;②偏振图像与光强度图像相比,对比度提高;③偏振图像对置于在背景之上物体的边缘增强效果明显;④偏振图像与波段有依赖关系;⑤偏振度与物体表面粗糙度、观测角等依赖关系较四、多光谱技术物质的化学组成或结构的不同,导致它们的能带结构以及转动、振动能级不同,其结果使它们的发射光谱、反射光谱、荧光光谱或拉曼光谱也会不同。

因此,可通过探测空间光谱分布来探测物质及其在空间上的分布特性。

这种技术称为多光谱技术,它建立在能带理论基础之上,其技术基础是光谱分辨和光谱探测技术。

目前多光谱技术有两种不同的含义[1]:一是利用物体的发光或反射光特性,通过光谱分辨技术获取物体的特征光谱信息,来识别物体;二是利用光与物质的相互作用使光发生某种变化,并探测光的变化来获取物质的有关特征信息。

光的偏振与光谱分析光是一种电磁波，具有电场和磁场的振动。

光的偏振是指光波中的电场向特定方向振动的现象。

光谱分析是一种通过将光分解为不同波长的成分来研究物质的性质和组成的方法。

本文将介绍光的偏振以及光谱分析的原理和应用。

一、光的偏振1. 光的偏振现象光波一般为电场（E）和磁场（B）垂直传播的横波。

当光中的电场沿特定方向振动时，我们称之为光的偏振。

根据电场振动的方向，光的偏振可以分为水平偏振、垂直偏振、线偏振、圆偏振等不同类型。

2. 光的偏振与光的传播方向光的传播方向与电场振动方向之间的关系决定了光的偏振类型。

当光的传播方向与电场振动方向垂直时，称为水平偏振或TE（transverse electric）波。

当光的传播方向与电场振动方向平行时，称为垂直偏振或TM（transverse magnetic）波。

3. 光的偏振与偏振片偏振片是一种能够选择性地通过特定偏振方向的光的光学器件。

常见的偏振片有线偏振片和圆偏振片。

线偏振片能够选择性地通过一个方向的线偏振光，而阻挡另一个方向的线偏振光。

圆偏振片则能够选择性地通过具有特定旋转方向的圆偏振光。

二、光谱分析1. 光的频谱与波长光的频谱是指光波中不同频率的成分。

光的波长是衡量光波长短的物理量，用符号λ表示。

波长（λ）与频率（ν）之间有如下关系：c =λν，其中c为光速。

2. 光谱的类型根据光的频谱特点，光谱可以分为连续谱、线谱和带谱。

连续谱是指光波中所有频率的连续分布，如白炽灯的光谱。

线谱是指光波中只有特定频率的离散成分，如氢原子的光谱。

带谱则介于连续谱和线谱之间，如钠灯的光谱。

3. 光谱分析的原理光谱分析通过将光分解为不同波长的成分来研究物质的性质和组成。

常用的光谱分析技术包括吸收光谱、发射光谱和拉曼光谱等。

吸收光谱通过测量物质对特定波长的光吸收的强度来分析物质的组成和浓度。

发射光谱则测量物质在受激发后放出的特定波长的光的强度和频率分布。

拉曼光谱则通过测量物质散射光的频移来研究分子振动和转动等信息。

偏振荧光光谱原理偏振荧光光谱原理详解引言：偏振荧光光谱是一种重要的技术手段，广泛应用于化学、物理、生物学等多个领域。

通过对荧光信号的偏振特性进行测量和分析，可以揭示物质的结构、动态行为以及与周围环境的相互作用。

本文将为您详细介绍偏振荧光光谱的原理和分析步骤。

第一部分：偏振荧光的基础知识1. 光的偏振性光是一种电磁波，其电场分量在空间中垂直传播方向的方向不同，可分为无偏振光、线偏振光和圆偏振光。

线偏振光具有固定的电场振动方向，而圆偏振光的电场振动方向沿着垂直传播方向旋转。

2. 荧光光谱荧光是一种物质在受到能量激发后，从高能级跃迁到低能级时放出的光。

荧光光谱是荧光的波长分布，通常可由荧光光谱仪进行测量和记录。

第二部分：偏振荧光光谱的原理1. 偏振效应原理偏振荧光光谱的原理基于荧光分子在激发和发射过程中发生的偏振效应。

激发光通常是无偏振光，而发射光的偏振状态与激发光的偏振状态有关。

通过测量和分析荧光分子产生的线偏振光的偏振特性，可以获得物质的结构和动态信息。

2. 偏振荧光的产生机制荧光分子在受到激发后，电子从基态跃迁到激发态，并在激发态停留一段时间。

在这个过程中，荧光分子与周围环境（如溶液、固体等）的相互作用引起偏振效应。

这些相互作用包括取向效应、共振能量传输效应和旋转扭转效应。

3. 偏振荧光的测量与分析为了获得物质的结构和动态信息，我们需要通过测量荧光的偏振特性。

为此，我们可以使用偏振荧光光谱仪进行实验。

该仪器可以通过包括偏振片和分光器在内的光学元件，对荧光信号的偏振度进行测量和分析。

第三部分：偏振荧光光谱的应用1. 蛋白质结构分析偏振荧光光谱可用于研究蛋白质的构象和动态行为。

通过测量和分析荧光蛋白质的偏振特性，可以揭示其分子结构和溶剂化特性。

2. 荧光标记探针偏振荧光光谱可用于研究荧光标记探针和生物分子的相互作用。

通过测量和分析探针的偏振特性变化，可以揭示探针与靶分子之间的结合方式和状况。

3. 材料科学研究偏振荧光光谱在材料科学研究中也有重要应用。

光的偏振和光谱分析光是人类生活中十分重要的一种物理现象，它不仅在我们日常生活中扮演着重要的角色，还在科学研究中具有广泛的应用。

其中，光的偏振和光谱分析是光学中的两个重要概念。

本文将对光的偏振和光谱分析进行深入探讨，并介绍它们的原理、应用以及相关技术。

一、光的偏振1. 原理与特点光的偏振是指光波在传播过程中振动方向的特性。

正常情况下，光波的振动方向在各个方向上均匀分布，称为自然光。

而偏振光是指光波的振动方向在某个特定平面内的光波，其具有振动方向集中的特点。

2. 光的偏振现象光的偏振现象存在于许多光学现象中。

例如，透过偏振片的自然光，会发生部分光线被偏振片吸收或透射的现象。

在大自然中，例如阳光经过大气层的散射，会发生偏振现象，表现为颜色的变化。

3. 应用领域光的偏振在许多实际应用中起到重要作用。

例如，在液晶显示器中，通过控制电场来改变液晶分子的取向，实现光的偏振状态的改变，从而显示不同的图像。

此外，光的偏振还广泛应用于光学传感器、激光技术、光通信等领域。

二、光谱分析1. 原理与分类光谱分析是通过分析光的频谱特征来研究物质的一种方法。

光谱分析可以分为两大类：连续谱和线谱。

连续谱是指光波在频谱上连续分布的现象，例如，太阳光就是一种连续谱。

线谱是指光波在频谱上只出现某些特定波长的现象，例如，氢原子发射光谱就是一种线谱。

2. 谱仪的原理与应用光谱分析中使用的主要设备是谱仪，它能够将复杂的光信号分解成不同波长的光谱。

常见的谱仪有分光计、光谱仪和质谱仪等。

谱仪通过将光分散成不同波长的光线，并使用探测器对各个波长的光强进行检测，从而得到光谱图像并进行分析。

3. 应用领域光谱分析在许多领域都有广泛的应用。

例如，在天文学中，通过观测宇宙中的天体光谱，可以了解宇宙的组成和演化过程。

在化学分析中，光谱分析可以用于分析物质的成分和结构。

此外，光谱分析还在医学和环境监测中具有重要作用。

结语光的偏振和光谱分析是光学领域中的两个重要概念。

北理工偏振光谱
"北理工" 可能指的是中国的一所高校，即北京理工大学。

在光学和物理学领域，偏振光谱是一项重要的研究方向。

偏振光谱是指在实验中对材料或样品进行光谱测量时，考虑光的偏振状态变化的一种手段。

光是电磁波，其振动方向可以沿着不同的方向，而偏振光谱则主要关注这些振动方向的变化。

在偏振光谱实验中，常用的一些术语和技术包括：
1.偏振光源：产生特定偏振状态的光源，例如线偏振光源。

2.偏振片：可以通过选择性地透过或阻挡特定振动方向的材料。

偏振片用于调整实验中的光的偏振状态。

3.偏振光谱仪：用于测量样品对不同偏振状态的光的吸收、散射
或透射等性质的仪器。

4.偏振度：衡量样品对光的偏振状态改变的程度。

偏振度为1表
示完全偏振，为0表示无偏振。

5.相位差：描述光波的相位相对于参考波的差异，对于偏振光谱
实验中的干涉效应非常重要。

偏振光谱在材料科学、生物物理学、化学等多个领域都有广泛的应用。

通过研究材料对不同偏振状态光的相互作用，可以获取有关材料的结构、性质和相互关系的信息。

在生物医学领域，偏振光谱还被用于组织结构和生物分子的研究。

科技成果——高光谱偏振成像光谱仪1、先进遥感仪器——成像光谱仪具有自主知识产权；国际上首台偏振干涉成像光谱仪（机载、星载、地面），参加了国家“十一五”重大科技成就展。

成果：国家863项目2项；国家自然基金2项；获授权发明专利3项；发表SCI论文80余篇；出版专著1部。

地面样机机载样机星载样机2、先进遥感仪器——偏振成像光谱仪研发成果：首次提出基于Savart偏光镜的图像、光谱、偏振态多维信息一体化获取技术；研制了星载原理样机，开展了模拟星载探测实验。

成果：获国家863计划1项；国家自然科学基金2项；发表SCI论文20余篇；获授权发明专5项。

仪器特性高空间/高光谱分辨率NISP、短波/中波红外波段NISP（高科技，具有相机、光谱仪、偏振仪全部功能，具有地理信息导航及时间、气具备精确定位功能，并与仪器有机结合、适合于农业、工业、环保、军事、民用探测要求。

具备鲁棒性、成本低，小型轻量，结构紧凑，结实，易维护、维修，抗振、抗冲击，抗高低温，自动控制，可编程，可联网、适合于大力推广。

应用领域可用于农业、工业、环保、资源普查等。

（1）环境、资源探测a.环境污染监测，包括温室气体，如CO2，CH4等，大气污染物质，如雾霾等。

b.工业水质、土地污染等。

c.自然环境变迁实时监测，如土地沙化，植被变化等。

d.地质、矿物资源探测，水质检验。

（2）精准农业遥感探测a.作物播种面积评估、长势评估、产量评估。

b.病虫害监测，包括病虫害种类、分布、区域、病虫害程度。

c.农作物生长环境监测与评估，包括土地水分、土地湿度、土地养分等。

d.农产品安全性监测与评估，如农药残留，包括农药种数、残留量、分区分布、重金属污染等。

e.农业生产对环境的影响。

如CO2，CH4的释放，水体、土地、空（3）民用探测a.可设计成手持式仪器探测水果、蔬菜表面磷沉积和农药残留。

b.药品安全性监测等。

经济效益按地面民用、科研、军事和航空航天使用，估计年产量与年利润十分可观。

主要用途：圆偏振荧光在发光材料、生物蛋白、信息显示存储、电子学、非线性光学等领域有广泛的用途和应用前景，引起科学家极大的关注和兴趣。

采用圆偏振荧光光谱仪可提供分子激发态的结构信息，表征聚合物结构，成为研究有机化合物的立体构型的一个重要方法。

工作原理：光是一种电磁波，可用振动的电场和与之垂直的磁场来描述，若光波在其传播途径中具体某一点上只有一个振动方向，但振动方向随光波的传播而有规律的偏转一定角度但振幅不变，其电场矢量末端的运动轨迹为螺旋状，该螺旋的横截面为圆形，这种偏振光为圆偏振光。

人们在圆二色的基础上，发现圆偏振荧光的左、右圆偏振光的强度不同。

通常以左、右圆偏振荧光的强度差CPL=△F= FL-FR，作为圆偏振荧光的量度。

之前文献报道的圆偏振荧光检测都是在相关科研工作者自己设计和建造的仪器上进行的。

直到1972年以色列魏茨曼科技学院Steinberg和Gafni (SG) 提出图一A所示的圆偏振荧光调制测量方法，基本组成部分为：激发源、单色器、样品、光学弹性调制器、偏光片、发射单色器、光电倍增管、锁相放大器及计算机。

该方法将调制后的光电信号和PEM光学弹性调制器信号输入给锁相放大器，通过二者频率与相位锁相从荧光中提取圆偏振荧光。

1982年荷兰莱顿大学的Schippers，van den Beukle和Dekkers (SBD)提出了图一B所示的圆偏振荧光测量方法，该方法利用光子计数取代锁相放大器，解决了锁相放大器的输出不稳定问题。

其后复杂蛋白结构测量主要采用的是该方法，但是对于弱的圆偏振荧光测量还是速度很慢。

1992-1995年期间，随着TDC时间数字转换器等电子技术的发展，美国密西根大学的Schauerte，Steel，和Gafni (SSG) 进一步提出了图一C所示的圆偏振荧光直接相减测量方法。

该方法采用DGG延迟选通脉冲发生器，分别测量△F= FL-FR公式中的FL左圆偏振荧光和FR右圆偏振荧光，两者相减直接得到真正的圆偏振荧光△F，利用公式glum=2（FL-FR）/（FL+FR）求得不对称因子。

拉曼光谱偏振特性的研究和测量拉曼光谱是一种从物质中散射的光来研究其分子结构和成分的非常有用的技术。

通过测量拉曼光谱的偏振特性，我们可以获得更多关于分子振动和分子对称性等信息。

在本文中，我们将介绍一些关于拉曼光谱偏振特性的研究和测量方法。

首先，我们需要了解什么是拉曼散射。

当光与物质相互作用时，它可以激发物质的分子振动，从而导致散射光的频率发生变化。

这种频率变化称为拉曼散射。

拉曼散射包括斯托克斯拉曼散射（Stokes Raman scattering）和反斯托克斯拉曼散射（Anti-Stokes Raman scattering）。

斯托克斯拉曼散射是指散射光的频率低于入射光的频率，而反斯托克斯拉曼散射是指散射光的频率高于入射光的频率。

测量拉曼光谱的偏振特性通常使用偏振拉曼光谱仪进行。

偏振拉曼光谱仪包括一个激发光源、一个样品台、一个偏振器和一个光谱仪。

首先，使用一个偏振器选择一个方向的入射偏振光，将其照射到样品上。

然后，检测样品上散射的光的偏振状态。

通常，我们使用两个偏振器，一个在入射光路径上，一个在散射光路径上，以选择特定的偏振状态。

通过改变入射光和散射光之间的偏振方向，我们可以测量不同偏振状态下的拉曼光谱，从而得到关于分子结构的更多信息。

例如，对于非共振拉曼散射，旋转偏振拉曼光谱仪可以测量不同偏振方向下的拉曼光谱。

这提供了关于分子对称性和分子振动模式的信息。

另一个重要的测量拉曼光谱偏振特性的方法是光弹偶极极化率研究。

光弹偶极极化率是描述物质响应于电场变化的能力的物理量。

通过测量不同偏振状态下的拉曼散射的强度，可以计算得到物质的光弹偶极极化率。

这可以提供关于分子对称性和分子振动模式的信息。

在研究中，测量拉曼光谱的偏振特性可以用于确定化学物质的结构、分子振动模式和对称性。

这对于许多领域的研究有重要的应用，包括材料科学、生物科学和环境科学等。

总之，拉曼光谱的偏振特性的研究和测量是一种重要的技术，可以提供关于分子结构和对称性的信息。