湖北师范大学物理与电子科学学院，湖北 黄石 435002
制作了敏感材料修饰的拉锥光纤与微腔级联的多参量光纤传感器，并用实验研究了其应变、温度和湿度特性。所提微腔由飞秒激光划线放电形成，并对其进行拉锥。传感器的反射光谱干涉峰对应变的变化敏感，实验结果表明应变灵敏度为4.8 pm/με。然而，该结构对温度与湿度均不敏感，在该结构的锥部涂覆了掺入石墨烯量子点的聚乙烯醇之后，温度和湿度的灵敏度明显提升，此时最大温度灵敏度为20.4 pm/℃，最大相对湿度灵敏度最大为14.6 pm/%。对Dip1、Dip2、Dip3进行分析，再利用三阶矩阵消除交叉敏感，能够同时测量应变、温度和湿度。
光纤光学 光纤传感器 应变 温度 相对湿度 石墨烯量子点 聚乙烯醇
湖北师范大学物理与电子科学学院，湖北 黄石 435002
提出了一种基于拉锥细芯光纤的温湿度传感器。先将细芯光纤熔接在两段多模光纤的中间，并在多模光纤两端熔接单模光纤，利用拉锥机对细芯光纤进行分步拉锥。实验测得细芯光纤拉锥前后的传感器的温度灵敏度分别为31 pm/℃和72.7 pm/℃。将少量石墨烯量子点-聚乙烯醇涂覆在传感器锥部得到温湿度传感器，实验测得其温度灵敏度最大为288.3 pm/℃，湿度灵敏度可达到131.7 pm/%。该传感器具有性能稳定、灵敏度高、制备简单、成本低的特点，在温度和湿度传感领域具有广阔的应用前景。
传感器 细芯光纤 石墨烯量子点 聚乙烯醇 温度 相对湿度
1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室, 陕西 西安 710000
3 湖北航天技术研究院总体设计所, 湖北 武汉 430040
针对具有不同粒子数量的煤烟气溶胶,使用团簇-团簇凝聚(CCA)模型形成4球、16球凝聚模型,并结合单个气溶胶粒子的吸湿性以及凝聚粒子的分形理论,生成了包覆水层的凝聚粒子模型。利用离散偶极子近似(DDA)方法仿真分析包覆水层的煤烟气溶胶的散射特性,仿真结果表明,相对湿度的增大对回转半径≤40 nm的凝聚粒子的消光因子、散射因子和吸收因子的影响最大。使用无线紫外光单次散射脉冲响应模型分析了凝聚粒子以及相对湿度对紫外光脉冲响应和路径损耗的影响,仿真结果表明,凝聚粒子和相对湿度对紫外光的通信影响集中在半径较小(r0≤40 nm)的单体粒子上。当单体粒子半径一定时,组成凝聚体的粒子数量越大或者凝聚粒子相对湿度越大,脉冲响应就越大,路径损耗越小,紫外光接收端信号越好。
散射 煤烟气溶胶 相对湿度 日盲紫外光 光散射 煤烟凝聚粒子 离散偶极子近似 光学学报
2020, 40(15): 1529001
1 中国民航大学 天津市智能信号与图像处理重点实验室, 天津 300300
2 中国民航大学 工程技术训练中心, 天津 300300
针对PM2.5质量浓度在空间不同高度上的分布测量较难这一问题，采用激光雷达和大气透射仪以及粒径谱仪进行联合探测，反演PM2.5质量浓度廓线.考虑相对湿度等因素的影响，通过大气透射仪和粒径谱仪建立地面PM2.5质量浓度与大气透过率之间的函数关系.以大气透射仪所测地面大气透过率值为基准，修正激光雷达大气透过率在高空的边界值，结合Fernald后向积分法反演出大气透过率的垂直分布.依据建立的函数关系和大气透过率垂直分布，得到PM2.5质量浓度廓线，并采用HYSPLIT后向轨迹分析不同高度层气溶胶的输送和动态变化.通过激光雷达、大气透射仪和粒径谱仪的联合探测实验，结果表明：经大气透射仪修正后，大气透过率垂直分布精度得到了提高，PM2.5质量浓度廓线很好的反映了气溶胶垂直分布的微物理变化特征.
激光雷达 质量浓度 大气透过率 大气气溶胶 相对湿度 Lidar Mass density Atmospheric transmission Atmosphericaerosols Relative humidity
1 河南工业大学 信息科学与工程学院, 河南 郑州 450001
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室, 北京 100854
根据海盐粒子在不同相对湿度条件下的不同形态, 分别建立了低湿度(RH=0%)、中湿度(RH=50%)和高湿度(RH=95%)三种条件下海盐立方体和球形粒子模型。利用离散偶极子近似法(DDA)、Mie散射理论研究了相对湿度和粒子形态对海盐散射的特性影响, 采用离散坐标法(DISORT)研究了相对湿度和粒子形态对海盐特性的影响。结果表明: 相对湿度和粒子形态对海盐散射特性影响较大, 不同相对湿度条件下, 海盐气溶胶粒子由于相态不同, 呈现出不同的特性。中湿度条件下, 粒子形状因子对海盐散射辐射特性的影响更强。当光学厚度较小时, 球形-立方体海盐气溶胶的双向反射分布函数(BRDF)相对差异超过15%, 在研究海盐气溶胶散射辐射特性时, 需同时考虑相对湿度和粒子形态的影响; 当光学厚度较大时, 相对差异不超过5%, 一定精度范围内, 可采用等效球方法进行模拟计算。研究结果对于大气气溶胶散射和辐射传输理论及应用研究具有重要的参考价值。
海盐 散射 相对湿度 形状因子 sea salt scattering relative humidity shape factor 红外与激光工程
2019, 48(8): 0809002
1 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
2 江苏省气象探测与信息处理重点实验室，江苏 南京 210044
本文提出了一种用胶体光子晶体来装饰单模光纤装饰端面的方法，并说明了这种结构用于相对湿度传感器的原理。研究了用垂直沉积法在光纤端面制备PS(polystyrene)胶体晶体、复合胶体晶体和SiO2 反蛋白石(inverse opal)的技术，用扫描电子显微镜表征了制备得到的胶体晶体及反蛋白石，测量了端面被胶体晶体修饰光纤的反射光谱，并测试了光纤端面复合光子晶体的相对湿度传感特性。提出了一种毛细管-光纤结构，提高了生长在光纤端面处胶体晶体的质量和其机械稳定性。
胶体晶体 光纤 反蛋白石 反射光谱 colloidal crystals micro structure optical fibers inverse opal relative humidity sensing
利用云和气溶胶粒子光学特性软件包,对陆地型、海洋型和极地型三种、九类典型气溶胶粒子的散射光学特性进行了数值分析, 对比分析了每种类型不同成分对气溶胶粒子体系散射特性的影响,建立了气溶胶散射光学厚度与激光波长、相对湿度的定标关系。 对不同类型的气溶胶,气溶胶散射光学厚度随波长的幂指数衰减规律适用范围不同;成分的差异对气溶胶散射光学厚度随波长 和相对湿度的变化规律影响较大。建立的气溶胶散射光学厚度与波长、相对湿度的定标规律,可为研究非均匀气溶胶粒 子体系等效光学特性和激光工程应用提供参考和依据。
大气光学 气溶胶散射光学厚度 相对湿度 化学成分 atmospheric optics scattering aerosol optical depth relative humidity chemical composition 大气与环境光学学报
2018, 13(4): 250
1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院,南京210044
2 南京信息工程大学 物理与光电工程学院,南京210044
3 南京信息工程大学 江苏省气象探测与信息处理重点实验室,南京210044
消光系数是气溶胶颗粒物光学性质的关键参数之一。基于Mie散射理论和气溶胶颗粒粒径及折射率的湿度增长模型,本文详细研究了气溶胶吸湿性对其消光系数的影响。计算结果表明:当入射光波长为808 nm、相对湿度在60%~95%之间增加时,因颗粒粒径的增长及折射率的减小,导致颗粒物消光系数曲线右移且其波动性更加明显;而对于同一球形颗粒,小粒径颗粒的消光系数随相对湿度的增加呈指数规律增大,较大粒径颗粒的则表现为波动减小趋势。此外,在不同入射光条件下,小颗粒消光系数与相对湿度之间的关系保持不变。本文的计算结果对气溶胶光学性质与大气环境质量的研究具有一定的参考价值。
气溶胶 Mie散射 消光系数 相对湿度 aerosols Mie scattering extinction coefficient relative humidity
哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
基于分形理论生成了高、低相对湿度下典型形态包覆水层碳黑团聚物, 分析了大气气溶胶相对湿度与碳黑粒子等效折射率和半径之间的关系, 得出包覆水层碳黑粒子半径随相对湿度的增加而显著增大的结论。采用Coat-Mie理论验证了利用Maxwell-Garnett(MG)理论结合T矩阵(MG-T)的方法计算包覆水层碳黑粒子辐射特性的准确性, 且采用Coat-Mie理论和MG-T方法得到的计算结果吻合较好。利用MG-T方法计算了两种典型形态包覆水层碳黑团聚物红外波段的辐射特性, 结果表明, 随着相对湿度增大, 密实状团聚物的辐射特性值远大于枝节状团聚物的辐射特性值;当空气湿度大于50%时, 水层厚度的增加使得碳黑团聚物粒子半径增大, 从而两形态碳黑团聚物辐射特性值均显著增大, 碳黑粒子半径的增大是使得其团聚物辐射特性显著增大的主要因素。
大气光学 辐射特性 Maxwell-Garnett理论 碳黑团聚物 相对湿度
