橢偏測量法的油膜紫外可見-近紅外光譜光譜偏振特性研究
摘要：為實現水面溢油目標的偏振遙感,選擇合適的波段和觀測角度,需要油膜的光譜偏振特性數據作支撐。在實驗室采用橢偏測量的方法,針對不同厚度機油油膜和純凈水作為背景樣本,測量了不同觀測角度下從紫外到近紅外波段(270~900nm)的鏡面反射光譜偏振參數:輔助角ψ和相位差Δ,并對在相同條件下油和水的測量結果作對比。分析表明除布儒斯特角附近位置外,不同厚度的油膜與水的起偏特性在各觀測角都存在差異。通過在45°入射角所測的ψ和Δ,得到水/油樣本的光譜折射率和消光系數,水折射率經過偏移修正后,與Schiebener水折射率模型的標準差為3×10^-5。根據之前得到的油/水參數,對油膜在水背景的物理現象作薄油膜理想介質層建模,用菲涅耳定律仿真自然光的鏡面反射,發現在全觀測波段相同入射光條件下油膜的反射光存在明顯的偏振度(DOP)或偏振角(AOP)光譜偏振可觀測性。模型與實際測量結果對比發現:在300~350nm仿真結果和實際測量相符,油膜的反射光偏振性質趨近于油樣本;在350~550nm,油膜模型仿真結果比實驗的干涉效應更明顯,油膜實驗數據表明其光譜起偏性質依然與油保持一致;在大于550nm直到近紅外波段,實驗干涉效應開始顯著。說明油膜比油有更強的散射或吸收特性,辨識參數得到油膜的消光系數存在不同于油的隨波長先變小后變大的性質。總之,利用光譜橢偏測量方法,通過多波段、多角度測量,分析液體樣本的光譜偏振特性和折射率等性質;偏振觀測的恰當角度與油/水的布儒斯特角有關,在布魯斯特角之外的位置觀測,油膜的光譜橢偏角相較水都存在分辨能力;對小于200μm的薄油膜近紅外波段可重復性較差,而紫外和可見藍紫波段相比之下有很好的可重復性和區分性,更適合于對甚薄油膜表面種類的遙感觀測。該實驗涉及的方法可以用于其他油種
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