偏振光散射对颗粒物识别技术的研究

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1、偏振光散射对颗粒物识别技术的研究(申请清华大学理学硕士学位论文)培养单位：物理系学科：物理学研究生：陈玥蓉指导教师：曾楠副教授二○一七年五月ResearchonIdentificationofdifferentparticlesviapolarizationlightscatteringmeasurementsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsbyChenYuerongThesisSupervisorAssoci

2、ate:ProfessorZengNan:May,2017摘要摘要光散射过程中的偏振信息对散射对象形貌、折射率以及微观结构和光学属性敏感，因此偏振光散射微粒识别技术在大气光学、细胞分类以及海洋生物等领域发挥着至关重要的作用。该论文针对偏振光散射技术对大气颗粒物进行源识别的应用，主要针对微粒形貌属性的偏振表征新方法。论文工作中为了实现大气颗粒物这类悬浮性粒子的偏振光散射测量，搭建采用了气、液两相的悬浮体系在线测量装置。偏振光散射的大气颗粒物在线分析的难点一方面在于偏振指标的选取和分析，另一方面在于颗粒物的单次散射脉冲信号处理。论文研究内容针对此两点分别展开如下：针对偏振光散射测量对大气颗粒物形貌

3、属性的识别可行性，论文工作首先从理论模拟出发，计算不同形貌颗粒物对应的全偏振穆勒矩的变化。在此基础上比较论证不同偏振参数区分颗粒物形貌的有效性。论文工作一方面给出了单颗粒物散射时非中心对称形态对全偏振穆勒矩阵各阵元的影响，一方面考虑到单颗粒物悬浮状态下的同步检测需求，选取85下的K2指标作为颗粒物形态表征参数。同时借助球、椭球、柱三类不同形貌颗粒物散射模型的理论计算和实验对照，借助单一样本和混合样本的对照实验，对偏振指标的分析能力进行验证，对其与粒径、折射率等因素的相关性进行分析，为大气颗粒物形貌属性的分析演示了一种特异性的指标和表征途径论文工作随后偏振光散射的悬浮体系测量技术，对大气气溶胶

4、的偏振散射辨识样机进行了实测验证。实测部分论文工作涉及到偏振光弱散射测量技术和颗粒物散射脉冲的提取技术。论文涉及的大气颗粒物偏振散射实测结果包括实验室模拟环境和北京室外污染现场环境（2015年12月），初步的结果显示了偏振光散射技术样机的在线识别能力、长期连续工作和在线动态的响应能力，对气溶胶中含碳组分的小时变化曲线与基于热光技术的在线设备取得了良好的一致，这些进展验证了偏振技术指标识别颗粒物属性的潜力，为进一步的多维偏振指标信息提取和多属性颗粒物识别奠定了基础。综上所述，本论文从理论模拟和实验验证两方面对偏振散射的大气颗粒物识别技术进行了初步探索，重点针对颗粒物形貌属性提取了特异性指标并演示

5、了分类效果，同时发展调试了大气颗粒物实测样机和数据处理过程，并在初步的实测中显示了该技术装置的识别能力。关键词：偏振光散射；颗粒物源识别；形貌IAbstractAbstractPolarizationinformationofthelightscatteringtechnologyissensitivetotheshape,refractiveindexandmicrostructureandopticalpropertiesofthescatteringobject,sopolarizedlightscatteringparticlerecognitiontechnologyplaysani

6、mportantroleinthefieldofatmosphericoptics,cellclassificationandmarine.Inthispaper,theapplicationofpolarizedlightscatteringtechnologytotheidentificationofatmosphericparticulatematterisfocusedonthedevelopmentofanewmethodforpolarizingcharacterizationofparticlemorphologyproperties.Inordertorealizethepol

7、arizedlightscatteringmeasurementofsuspendedparticulatessuchasatmosphericparticulatematter,ouron-linemeasuringdeviceofgasandliquidtwodifferentphasesuspensionsystemwasconstructed.Difficultyofpolarizedli