椭偏测量法的油膜紫外可见-近红外光谱光谱偏振特性研究

摘要：

为实现水面溢油目标的偏振遥感,选择合适的波段和观测角度,需要油膜的光谱偏振特性数据作支撑.在实验室采用椭偏测量的方法,针对不同厚度机油油膜和纯净水作为背景样本,测量了不同观测角度下从紫外到近红外波段(270~900 nm)的镜面反射光谱偏振参数:辅助角ψ和相位差Δ,并对在相同条件下油和水的测量结果作对比.分析表明除布儒斯特角附近位置外,不同厚度的油膜与水的起偏特性在各观测角都存在差异.通过在45°入射角所测的ψ和Δ,得到水／油样本的光谱折射率和消光系数,水折射率经过偏移修正后,与Schiebener水折射率模型的标准差为3×10-5 .根据之前得到的油／水参数,对油膜在水背景的物理现象作薄油膜理想介质层建模,用菲涅耳定律仿真自然光的镜面反射,发现在全观测波段相同入射光条件下油膜的反射光存在明显的偏振度(DOP)或偏振角(AOP)光谱偏振可观测性.模型与实际测量结果对比发现:在 300~350 nm 仿真结果和实际测量相符,油膜的反射光偏振性质趋近于油样本;在 350~550 nm,油膜模型仿真结果比实验的干涉效应更明显,油膜实验数据表明其光谱起偏性质依然与油保持一致;在大于 550 nm直到近红外波段,实验干涉效应开始显著.说明油膜比油有更强的散射或吸收特性,辨识参数得到油膜的消光系数存在不同于油的随波长先变小后变大的性质.总之,利用光谱椭偏测量方法,通过多波段、多角度测量,分析液体样本的光谱偏振特性和折射率等性质;偏振观测的恰当角度与油／水的布儒斯特角有关,在布鲁斯特角之外的位置观测,油膜的光谱椭偏角相较水都存在分辨能力;对小于 200 μm的薄油膜近红外波段可重复性较差,而紫外和可见蓝紫波段相比之下有很好的可重复性和区分性,更适合于对甚薄油膜表面种类的遥感观测.该实验涉及的方法可以用于其他油种油膜的偏振光谱测量,实验数据为偏振遥感工作的波段选择与观测角度提供提供参考.

关键词：椭偏测量、紫外-可见-近红外、偏振光谱特性、油膜

所属期刊栏目：39

分类号：O433.1(光学)

资助基金：国家自然科学基金项目40776100

在线出版日期：2020-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：1661-1666