2017年, 第29卷, 第3期　刊出日期：2017-09-30

  

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光散射理论研究
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  散射相函数的高阶光学参量研究

  王汝丹，乔艳青，罗雯倩，刘迎

  光散射学报. 2017, 29(3): 191-196. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703002

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  漫反射光谱技术被广泛应用于无创测量生物组织光学性质。当光源与探测器很近时，仅仅依靠吸收系数μa和约化散射系数μs＇不能准确描述光源附近光的传播状态。而二阶光学参量γ的引入改善了近光源光的传播状态的描述。本文将生物组织的散射等效成特定球形颗粒的散射，基于Mie散射理论，计算了与散射相函数p(θ)有关的单粒子和多分散系粒子的二阶光学参量γ，研究了γ随尺度参数α和相对折射率m的变化规律，描述了γ与组织结构参量之间的联系，并阐述了γ对粒子特征的表征能力。研究表明，参量γ对尺度参数α小于2的微粒尺寸的改变是敏感的，并呈二次函数关系，其系数与相对折射率呈线性关系；对于相对折射率和尺度参数都不相同的两个粒子，他们的各项异性因子g相同时，二阶光学参量γ却不同，粒子越大，γ表征粒子特征的能力越强。这对于无创探究组织微观形态具有深远的意义。
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  随机粗糙表面光散射场分布特性的机理研究

  闫克丁

  光散射学报. 2017, 29(3): 197-202. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703003

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  为了研究随机粗糙表面光散射分布特性机理，采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面，以基尔霍夫近似作为电磁场边界条件，采用蒙特卡罗方法数值计算了一组金属和一组电介质粗糙表面在S偏振光和P偏振光照射下的散射光强度空间分布，计算结果显示：金属表面与电介质表面的散射光分布宽度、散射峰值、散射峰位置三个散射特征存在显著差异，经过分析发现这种特征差异的产生机理是由表面面元的斜率分布和面元反射率共同因素导致，并与数值计算结果对比，二者具有良好的一致性。
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  各向异性介质辐射特性参数联合反演

  吴志义，李佳玉

  光散射学报. 2017, 29(3): 203-209. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703004

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  本文基于BP神经网络方法结合蒙特卡洛和BEER定律辐射传输模拟方法建立了联合反演各向异性散射介质的辐射特性参数模型。首先采用半球透射率结合半球反射率反演模型反演了各向同性介质的吸收系数和散射系数，在此基础上增加准直透射率，建立了联合反演各向异性介质的吸收系数、散射系数和散射不对称因子三参数联合反演模型。反演结果表明该模型能准确反演出介质辐射特性参数，具有实用意义。此外，为了检验测量误差对模型的反演准确性的影响，分别在不同程度测量误差情况下进行反演，结果显示测量误差对散射不对称因子反演值影响较大。
表面增强拉曼散射技术
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  掺磷TiO2优化TiO2/MBA/Ag三明治结构的SERS性能

  鲍闻渊，李利军，冯军，刘腾，程昊，黄文艺

  光散射学报. 2017, 29(3): 210-215. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703005

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  本文以磷酸为磷源，通过溶胶水热法制备磷掺杂TiO2，利用Lee和Meisel的方法制备银溶胶，以4-巯基苯甲酸（MBA）为探针分子，通过构建TiO2/MBA/Ag三明治结构，研究磷掺杂二氧化钛对该基底表面增强拉曼（SERS）性能的提升。通过TEM、XRD、XPS、DRS和拉曼光谱图表征二氧化钛的形貌结构、化学组成、光学和拉曼性能，结果表明，制备出的磷掺杂二氧化钛为锐钛矿型纳米颗粒，粒径范围6~12 nm，XPS显示磷以P5+替代了Ti4+，形成O-P-O键掺入TiO2的晶格中，当磷的掺杂量在1.77%时，TiO2/MBA/Ag三明治体系具有最佳的SERS信号，这是因为适量的磷掺杂降低了TiO2的能带间隙，丰富TiO2的表面态，这能促进TiO2向MBA分子的电荷转移。
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  纳米银沉积在不同基底上的表面增强拉曼效果

  赵淑慧，李莎莎，戚海艳，陈华才

  光散射学报. 2017, 29(3): 216-221. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703006

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  采用化学还原法制备了花状纳米银凝胶溶胶，沉积在硅片、二氧化钛薄膜、玻璃上，制备得到了AgNP@Si，AgNP@TiO2，AgNP@G 3种表面增强拉曼基底。以罗丹明6G（R6G）为探针分子，考察了3种基底的表面增强拉曼效果，重复性及均匀性。AgNP@TiO2和AgNP@Si的检出限为10-8mol·L-1，而AgNP@G的检出限为10-7 mol·L-1，AgNP@Si的重复性和均匀性最优。结果表明，AgNP@Si的SERS增强效果最佳，并具有制备简单，重复性和均匀性好等优点。
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  Ag/Si核壳结构纳米颗粒粒子系的吸收特性研究

  朱群志，蒋瑜毅

  光散射学报. 2017, 29(3): 222-227. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703007

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  当电子振动频率与入射光的频率相同时，部分金属纳米颗粒可以在其表面激发局部表面等离子共振效应（LSPR），该波长下颗粒的吸收增强。这种效应也被应用于增强拉曼光谱信号的强度。本文研究了以Ag为外壳材料、Si为内核的核壳结构纳米颗粒粒子系的吸收特性。采用时域有限差分方法求解了颗粒随机分布粒子系的吸收率，分析了颗粒体积分数、内核外壳尺寸、以及椭球化等因素对粒子系吸收特性的影响以及对吸收峰的调控作用。
仪器与方法学
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  爆炸物、毒品的标准拉曼谱图库的建立及自动检索系统

  黄保坤1*，凌友青2，夏攀2，张玉荣2，安虹宇1，范峰滔1

  光散射学报. 2017, 29(3): 228-233. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703008

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  采集31种爆炸物和73种毒品的标准拉曼谱图，分析其谱图，选出适合作为搜索条件的光谱范围。通过编程，建立标准拉曼谱图库和自动检索系统。在选定光谱范围内，拉曼谱图库选择信号较强的特征峰，进行曲线拟合，将获得的峰位置、相对峰强等数据作为参数写入标准拉曼谱图库。通过自动检索系统将未知拉曼光谱与数据库中的标准谱图进行分析比对，搜索软件自动给出正确结论。数据库具有添加、删除、备份、恢复等辅助功能，并具有自动扣除荧光背底，优化拉曼光谱图等功能。本文进一步分析了可能对分析比对结果造成影响的因素。
化学和生物研究中的应用
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  基于拉曼光谱和多元统计学研究蓝色中性笔油墨

  牛凡1，黄建同1 *，张云2，何欣龙1，王艳芳3

  光散射学报. 2017, 29(3): 234-238. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703009

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  拉曼光谱作为一种无损检验的技术手段，近年来广泛用于文件检验领域中的书写材料种类检验。目前拉曼光谱进行种类鉴定的主要方法是通过直接比较拉曼谱图中的峰数、峰位和峰强等特征，达到种类区分的目的。而化学计量学是一门通过统计学或数学方法将对化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系的学科，可以用于对光谱数据的分析。本实验采集了市面上收集到的28支蓝色中性笔油墨的拉曼光谱图，结合化学计量学中的相似度分析法和主成分分析法对谱图进行了分析，两种分析方法得到的分类结果基本一致，采用两种方法可以将28支蓝色中性笔油墨分为五类。实验结果表明，将拉曼光谱法得到的数据结合化学计量学分析方法进行数据分析，较直接比较谱图得到的分类结果更加客观、准确。
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  大高良姜与节鞭山姜油细胞原位拉曼光谱研究

  司民真，李伦，张川云，张德清

  光散射学报. 2017, 29(3): 239-242. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703010

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  为避免复杂的样品的制备及提取过程，最大限度避免精油活性成分变化，在常温下，用拉曼光谱原位分析大高良姜与节鞭山姜油细胞中精油。两种样品的拉曼光谱非常相似，较强峰出现在1636/1643、1605/1607、1291/1293、1199/1204、1168/1168 cm^-1，中等强度的峰出现在1585/-、1439/1437、1308/-、907/908、856/856、797/788、731/732、632/633 cm^-1。说明两者的挥发油主要成分相同。与1’一乙酰氧基胡椒酚乙酸酯（1’ -acetoxychavico lacetate）拉曼光谱的主要的16条谱线比较，在节鞭山姜油细胞拉曼谱的18条谱峰中有15条与之对应，而对大高良姜而言19条谱线中，有14条与之对应。用密度泛函理论计算了ACA的拉曼光谱，并对谱线进行了初步的归属。
大气研究中的应用
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  粒子的非球形程度对消光系数的影响研究

  景琼琼,曹念文,杨少波,王鹏,王贺,孙海波

  光散射学报. 2017, 29(3): 243-251. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703001

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  利用中国气象局南京综合观测基地的微脉冲激光雷达对南京北郊的气溶胶特性进行了常规的观测，并计算了气溶胶的退偏振比，反演了气溶胶的消光系数，分别得到气溶胶退偏振比及消光系数廓线。分析了不同天气情况下退偏振比和消光系数变化趋势的关系，发现退偏振比和消光系数有一定的相关性，即粒子非球形的程度对其消光的大小有一定的影响。初步探测结果发现：在同一个时刻，晴天和雾霾天时二者变化趋势相同，探测到水云时二者变化趋势相反，探测到冰相云时二者变化趋势相同。研究表明：当探测到气溶胶和冰相云时，粒子的非球形特性越明显其消光系数越大；当探测到水云时，粒子越近似球形其消光系数越大。
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  相对湿度对大气气溶胶消光系数的影响

  沈雷1，顾芳2*,张加宏1,3，刘毅1

  光散射学报. 2017, 29(3): 251-256. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703011

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  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。
  
其他光谱技术及应用
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  红外光谱法分析检验复印纸

  刘猛1，申思1，李杨勇2，周婧1，余静3

  光散射学报. 2017, 29(3): 257-260. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703012

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  本文利用装备有衰减全反射附件的红外光谱仪对62种不同产地、不同品牌的复印纸进行检验，建立了纤维素和无机填料峰面积的比值作为区分鉴别复印纸的新方法，区分度达到了91.96%，达到了无损、快速、准确检验区分的目的。
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  基于众数的比值导数法在混合颜料解混中的研究

  吕书强1，尹琴丽1*，侯妙乐1，马清林2，胡云岗1，武望婷3

  光散射学报. 2017, 29(3): 261-265. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703013

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  混合颜料比例的确定一直是文物精确修复的难点，传统的文物色彩修复是在基于经验基础上不断试色的过程，效率不高。本文在原有比值导数法的基础上，通过改进特征波段的选取方法，提出基于众数的比值导数光谱法进行光谱解混。利用模拟数据与真实数据进行了检验，结果表明该方法能够缩小修复过程中试色的范围，提高解混精度，在文物混合颜料识别分析中有很大的应用潜力。
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  基于光学散射特性的失稳空间目标旋转分析

  田琪琛1,李智2*,徐灿3,李鹏1

  光散射学报. 2017, 29(3): 266-270. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703014

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  本文提出了基于光学散射特性的失稳空间目标旋转速率实验模拟方案以及数据处理方法，解决了失稳空间目标旋转速率反演的问题。实验构造模拟实际光学观测的测试系统，使得卫星模型姿态、太阳方位、探测器观测角均与STK模拟场景相同，并模拟了低轨STSS卫星失稳条件下的探测过程，获取了多个周期的探测数据。通过频谱分析法、自相关法、交叉残差法处理实验数据，发现三种方法都可以成功反演出卫星模型的旋转速率，但交叉残差法受干扰较小，结果更准确。通过本文的工作，为今后通过光学散射特性反演真实卫星旋转速率提供了依据。
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  影响GaN基蓝光LED能带结构与光谱特性关系的仿真研究

  李芸1,2，杨治美1,2*，马瑶1,2，龚敏1,2，何飞1

  光散射学报. 2017, 29(3): 271-276. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703015

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  本文采用Silvaco TCAD软件对GaN基InGaN/GaN量子阱蓝光发光二极管（LED）的光谱特性进行了仿真研究。研究结果表明：光谱会随着注入电压的增加而产生蓝移现象，并出现0.365 μm处的紫外光发光峰；发光效率在正向电流较小时增长很快，随着正向电流进一步增加而逐渐趋于饱和；随着量子阱中In组分和量子阱阱层厚度的增加，发光光谱出现红移现象，并且发光效率下降。仿真结果对GaN基InGaN/GaN量子阱结构蓝光LED的设计和优化提供一定的依据。
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  基于超材料实现等离激元诱导透明

  田雨宸，王俊俏，牧凯军，范春珍*，梁二军

  光散射学报. 2017, 29(3): 277-284. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703016

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  电磁诱导透明是在介质中由不同的入射光诱导产生的量子干涉效应。它以其独特的物理现象，在量子通信和非线性光学应用中具有重要的地位。近年来，人工超材料发展十分迅速，并成为等离子体学领域的一个研究热点。超材料可以很好地调控其物理结构和特性，而且降低了对电磁诱导透明实验条件的要求，模拟出类似于电磁诱导透明的现象即等离激元诱导透明。本文介绍等离激元诱导透明的工作原理，总结实现等离激元诱导透明的几种结构，以及等离激元诱导透明的研究现状，为微型传感器的应用以及等离激元诱导透明结构的设计提供依据。
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  全反射X射线技术应用于镀锌板锌层测量的模拟研究

  刘宗赣1*，孔建益1，徐 巍1，开岗生2，王兴东1

  光散射学报. 2017, 29(3): 285. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201703017

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  分析了传统的X射线荧光镀锌板锌层测量法，提出了基于全反射X射线荧光分析技术的镀锌板锌层测量方法，并在MCNP中建立X射线全反射模型进行模拟仿真。X射线全反射发生时锌层将原级X射线几乎反射，并在镀锌板法向方向伴随产生少量X射线荧光。针对此特征X射线荧光直接进行分析有效地减少了X射线源的散射本底，提高了测量精度，并且降低了所需源X射线的能量。模拟结果验证了镀锌板上发生X射线全反射的可行性，为实际应用提供了理论依据。