2017年, 第29卷, 第4期　刊出日期：2017-12-30

  

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光散射理论研究
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  透过散射介质的结构光重构方法及特性分析

  贾晨1,3,4，石凡2,3,4，赵宇峰2,3,4，陈胜勇2,3,4*

  光散射学报. 2017, 29(4): 291. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704001

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  结构光透过生物组织、沙尘等强散射介质时历经多重散射，会改变原有相位信息和传播方向，破坏相干性，最后形成散斑。本文主要针对结构光重构特征和适用性进行分析，以条形结构光作为入射光，透过散射介质后，分别运用直接求逆法、相位共轭法和TVAL3法对其进行重构，并分析不同测量噪声水平下，三种方法对条形结构光的重构效果。仿真结果表明：测量噪声水平为0时，直接求逆法能得到较完美的重构效果；存在测量噪声且测量噪声水平小于0.025 I时，TVAL3法能较好实现重构，而相位共轭法重构效果一直较差。同时，也运用三种方法实现了单点、三点的点光源重构。
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  取向数对非球形沙尘气溶胶光学特性的影响

  张小林, 毛毛, 银燕

  光散射学报. 2017, 29(4): 297. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704002

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  利用离散偶极子近似法研究了旋转椭球体沙尘气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1～23时(波长0.55 μm对应有效半径为0.01～2 μm)的光学特性，并通过分析比较不同取向数下光学特性的差别，研究取向数对非球形沙尘粒子光学特性的影响。对单分散系，较少的取向数使旋转椭球体沙尘气溶胶粒子的各光学参量对于取向的选取敏感，但随着取向数的增多，沙尘粒子的各光学量逐步趋于一致。对多分散系，受粒子谱分布积分效果的影响，旋转椭球体沙尘气溶胶粒子对取向的敏感度，相比单分散系要稍低一些。粒子的非球形程度对获得随机取向光学特性取向数的选取也有影响，粒子非球形特征越明显，获得随机取向光学特性所需要的取向数越多。以多分散的旋转椭球体沙尘粒子为例，要获得随机取向沙尘粒子的消光效率因子、单次散射反照率和不对称因子(相对偏差在1%以内)，轴半径比为16的非球形程度所需的取向数超过500，而轴半径比为2的非球形程度所需的取向数则仅超过100。
表面增强拉曼散射技术
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  诺氟沙星在纳米银线基底上的SERS光谱检测

  刘腾1,2,3,4，李利军1,2,3,4*，李轩1,2,3,4，程昊1,2,3,4，冯军1,2,3,4，黄文艺1,2,3,4

  光散射学报. 2017, 29(4): 303. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704003

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  本文以硝酸银为银源，通过多元醇法制备纳米银线，利用扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计对纳米银线进行表征，成功制备出直径、长度均一的纳米银线。使用激发波长为785 nm的手持式拉曼光谱仪对诺氟沙星溶液进行检测。结果表明该基底具有很好的SERS效果，增强因子达到1.44×10⁷。检测10^-3 ~10^-8 mol/L浓度的诺氟沙星溶液时，以浓度和特征峰强度作直线拟合，发现具有较好的线性相关，相关系数R²为0.94101；为进一步考察纳米银线在玻璃片上的分散性，在诺氟沙星(10^-3 mol/L)样品的基底上随机取6个点，采集光谱信号。最后，重复检测6个诺氟沙星溶液（10^-5 mol/L）样品的拉曼光谱，检验光谱的重现性。实验结果表明，纳米银线在玻璃片上分散性较好，在检测诺氟沙星时体现了较好的重现性。
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  Au-Ag合金纳米海胆结构用于农药残留的SERS检测

  周侠1，张莉1，王红艳1，王雪艳1，杨良保2*

  光散射学报. 2017, 29(4): 309. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704004

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  本文通过合成高密度尖端的Au-Ag合金纳米海胆，实现了对有机磷农药乙基对氧磷和有机氯农药r-六六六的检测。我们首先合成Ag纳米颗粒，然后用L-多巴还原Ag纳米颗粒，最终形成高密度尖端Au-Ag合金纳米海胆结构。高密度尖端结构用作SERS基底，通过便携式拉曼光谱仪实现对有机磷农药乙基对氧磷和有机氯农药r-六六六的检测，结果显示具有较高的灵敏度。该方法简单，方便，灵敏度高，有望实现对农药残留高灵敏的现场检测。
材料研究中的应用
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  基于琼脂糖的磁响应型光子晶体水凝胶的制备及性能研究

  张文莹，蒋文凤，卢学刚*，梁工英

  光散射学报. 2017, 29(4): 314. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704005

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  本文通过将单分散Fe₃O₄胶体粒子分散嵌埋于琼脂糖水凝胶网络结构中，制备了一种新型磁响应光子晶体水凝胶，并对其光学性质进行了研究。首先通过水热法制备了由表面羧基修饰的Fe₃O₄胶体粒子，并将其分散于水中制成胶体溶液。将该胶体溶液与琼脂糖单体混合，通过交联聚合使之形成琼脂糖水凝胶。由于琼脂糖水凝胶较大的网络空间结构，使得Fe₃O₄胶体粒子仍能保持其可动性，在外加磁场作用下，处于水凝胶网络中的Fe₃O₄胶体粒子可以对磁场做出响应并形成晶态胶体阵列，且随着磁场强度的变化，凝胶的结构色也表现为连续可调的特性。这种结构色可动态调控的光子晶体水凝胶，为胶体光子晶体的实际应用提供可能。
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  硅纳米晶体的低温共晶合金化制作及其表征

  李香春1，刘金涛2*

  光散射学报. 2017, 29(4): 320. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704006

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  利用 Au/Sb 和 Au/Si 共晶点温度较低的特点， 通过在 ~ 400 ℃ 合金化的方法，在硅片表面实现了掺 Sb 纳米晶体的制作。通过扫描电子显微镜观察到了 Au/Si 合金化反应形成的倒金字塔形蚀坑以及纳米结构的存在，拉曼散射光谱证实这些结构主要是纳米尺度的晶体，二次离子质谱表明 Sb 在 Si 中的掺杂浓度大于 2×10¹⁸ cm^-3，超过了 Sb 在体晶硅中的固溶度。该纳米晶体的制作方法简单易行，热预算较低，和其他微纳器件制作工艺的兼容性较好。
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  单层磷化硼纳米结构中的量子等离激元激发

  徐 阳1，林家和2，程新路1,3

  光散射学报. 2017, 29(4): 325. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704007

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  基于含时密度泛函理论(TDDFT)研究了单层磷化硼纳米结构中的等离激元激发。单层磷化硼纳米结构中有两个主要的等离激元共振带，一个等离激元共振带位于能量点3 eV附近，另一个等离激元共振带位于能量点9 eV附近。单层磷化硼纳米结构在光谱的可见光区存在等离激元共振。单层磷化硼纳米结构的边界构型（锯齿形边界和扶手椅边界）以及沿着激发光的偏振方向的边界宽度对单层磷化硼纳米结构吸收光谱有很大的影响。单层磷化硼纳米结构中等离激元模式是长程电荷转移激发。
化学和生物研究中的应用
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  右旋甲基苯丙胺振动光谱的理论和实验研究

  姚晓飞1，2，杨瑞琴1*，陈令新3，刘伟兵2

  光散射学报. 2017, 29(4): 332. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704008

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  利用激光共焦显微拉曼光谱技术和显微红外技术采集了右旋甲基苯丙胺的拉曼光谱和红外光谱，用密度泛函理论B3LYP/6-311G++（d,p）基组对分子进行几何构型优化，并进行拉曼和红外光谱的计算。结果表明：右旋甲基苯丙胺的拉曼光谱和红外光谱的计算结果和实验结果基本一致。在此基础上，用Gaussview软件对分子的振动模式进行了详细的归属，研究结果为今后右旋甲基苯丙胺的光谱分析提供了理论依据，也为苯丙胺类毒品的光谱分析研究提供了重要参考。
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  新疆库木吐喇石窟壁画铅颜料的拉曼光谱分析

  王玉1，张晓彤1，叶梅2，周智波2，王乐乐1

  光散射学报. 2017, 29(4): 338. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704009

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  利用显微镜、扫描电镜和激光拉曼光谱技术对库木吐喇石窟壁画铅颜料进行分析，结果显示棕黑色颜料是二氧化铅和铅丹，橘红色和棕红色颜料是铅丹。采用拉曼光谱检测铅颜料，选择恰当的激光波长和检测功率是获取准确分析结果的关键，较长的激光波长和低的功率能确保铅颜料稳定。研究还发现了石窟壁画颜料铅丹的变色现象。
大气研究中的应用
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  激光雷达探测绝热水云退偏振特性模拟研究

  王海华，孙贤明，王艳萍，王军

  光散射学报. 2017, 29(4): 343. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704010

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  本文模拟了偏振激光雷达探测绝热水微物理特性时，由多次散射引起的退偏振问题，绝热水云的数密度在垂直方向上为定值，液态水含量和云滴有效半径随高度非线性增长，其变化规律由云层的大气压、温度以及绝热水云形成的热力学过程共同决定。激光雷达波长取为0.355 μm ，分别计算了云底高度为1 km和2 km的绝热云退偏振比随穿透深度的变化，计算结果表明，绝热水云的退偏振比随穿透深度的增加而增大，随观测视场角的增大而增大，且其变化规律与均匀各向同性云层差距很大，另外，云底高度为2 km的云层有效半径比云底高度为1 km的更小，在同样数密度和观测条件下，退偏振比也更小。
仪器与方法学
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  小型紫外拉曼光谱仪

  黄保坤， 安虹宇， 范峰滔

  光散射学报. 2017, 29(4): 348. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704011

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  紫外拉曼光谱技术具有拉曼本征散射效率高，受杂散光干扰小等优点，在爆炸物、污染物以及农药残留现场检测等领域有着广阔的应用前景。然而，目前市场上常见的小型或者便携式拉曼光谱仪均采用可见或者近红外激光作为激发光源。本研究在实验室具有自主知识产权的紫外可见共振拉曼光谱仪的基础上，设计了小型紫外拉曼光谱仪，光谱仪采用透镜作为光谱仪的准直镜和聚焦镜，有效减小了慧差造成的影响，实现了高分辨率和宽光谱范围的测试。
其他光谱技术及应用
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  固相葡萄糖异构体二维红外光谱研究

  韩卫荣，王欣，肖霄，刘子玮，门文欣，于宏伟*

  光散射学报. 2017, 29(4): 354. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704012

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  采用衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）技术，研究了固相葡萄糖的结构。实验发现: 固相葡萄糖同时存在着 O-H 伸缩振动模式（νOH），CH2 不对称伸缩振动模式（νasCH2），CH2 对称伸缩振动模式（νsCH2），CH2 变角振动模式（δCH2），C-O伸缩振动模式（νC-O），O-H 面内弯曲振动模式（δOH），葡萄糖环振动模式（νⅠ）和葡萄糖环呼吸振动模式（νⅢ）等。采用二维红外光谱（2D-IR）技术，研究了固相葡萄糖 νⅠ型 和 νⅢ型。实验发现: 固相葡萄糖存在着 α-D-(+)-吡喃葡萄糖及 β-D-(+)-吡喃葡萄糖两种异构体，并进一步来研究温度变化对于固相葡萄糖异构体结构的影响。
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  非球形介质的偏振激光传输特性实验研究

  安衷德1，段锦2*，胡碧君1，张肃2，战俊彤2

  光散射学报. 2017, 29(4): 361. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704013

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  实验用一种新的化学方法合成了a/b(横纵比)1.6的椭球形非球形粒子，且以这种粒子为介质，通过油雾机在烟雾箱里产生不同浓度的非球形粒子，在均匀条件下分别以不同波长的激光(532 nm,671 nm)为入射光，透过衰减片、偏振片和1/4波片，并以旋转偏振片的方式使入射光变为0°，45°和左旋偏振光。分别以波长，入射角，非球形介质体积浓度为变量，研究偏振度(DOP)、偏振角(AOP)和光强(I)的变化情况，得到了偏振传输特性的变化规律以及保偏性能的优劣，对非球形介质的偏振传输特性的研究提供了数据和理论支持。
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  离轴激光雷达重叠因子解析研究

  刘巧君1 *， 吴承璇1， 郑玉臣2， 张浩1， 宗芳伊1， 李向春1， 高皜1， 董磊1

  光散射学报. 2017, 29(4): 367. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704014

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  为了对离轴激光雷达的近场信号进行校正，本文根据离轴激光雷达重叠因子的定义，利用高斯光束光强的解析传输公式，并考虑到离轴激光雷达系统激光分布与望远镜视场的五种关系，得到了利用雷达系统参数表示的离轴激光雷达重叠因子的解析计算公式。基于该公式对澳门地区雷达回波信号进行了校正和反演，所得结果证明了解析公式的有效性。利用解析公式通过数值计算方法详细研究了雷达系统参数对离轴激光雷达重叠因子的影响，该结果对激光雷达系统设计具有一定的参考价值。
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  X射线激光干涉对晶体精密测量

  张超1,茆慧玲2

  光散射学报. 2017, 29(4): 372. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704015

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  基于X射线激光脉冲短、单色性好、能量高而且相干程度高的优点，本文从理论上提出X射线激光干涉用于对晶体结构及缺陷的测量。 由于X射线激光波长量级为10^-10 m，因此可实现高精密测量。此外，本文给出了X射线激光测量晶体的装置、缺陷晶体的测量模型和晶体参量的测量模型。
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  反向外延生长3C-SiC薄膜中残余应力的工艺优化

  王靖宇，邓春纲，马瑶，李芸，杨治美 *，龚敏

  光散射学报. 2017, 29(4): 376. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201704016

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  本文为改善反向外延生长3C-SiC薄膜中残余应力和优化工艺条件，采用LPCVD技术，将甲烷和氢气按1:10比例混合后与n-Si(111)衬底反应，制备3C-SiC薄膜。通过X射线衍射分析仪、激光拉曼光谱仪和场发射扫描电子显微镜进行测试和分析。在该方法中，反应恒温1200℃为最优温度，反应温度过高或过低都不利于3C-SiC薄膜生长；在反应温度为1200℃时，为增加薄膜厚度而单纯增加反应时长，缺陷浓度也会相应地增加，从而薄膜结晶质量相应降低；但在1250℃反应温度时，增加反应时长不仅会增加薄膜的厚度，而且也会缓减薄膜中残余应力，同时改善薄膜的结晶质量。另外研究结果还表明：1250℃时经过一个恒温的等时退火工艺后，再降温的方式可进一步降低薄膜中本征残余应力，从而改善薄膜的结晶质量和晶格失配。