地物和大气中目标的反射、 散射、 透射及辐射具有的偏振特性, 可以用于解决部分传统光学探测器无法解决的问题, 已被广泛应用在**、 环境、 农业、 医药等诸多领域。 在地质学方面, 前人对偏振特性的研究主要集中在岩石学上, 即利用岩石的偏振特性区分不同的岩石类型, 以及通过造岩矿物的偏振差异解释导致岩石偏振差异的内因。 这些研究为基础地质的岩性解译工作提供了重要参考。 然而, 在地质学另一重要分支——矿床学领域, 有关偏振特性的研究还十分薄弱。 由于矿床学关注蚀变矿物和蚀变带, 如不掌握蚀变矿物的偏振特征, 偏振技术将无法在矿床学领域得到推广和应用。 针对前人在蚀变矿物偏振特性研究上的不足, 在传统可见光光谱测量基础上, 利用自主研发的偏振光谱测量系统和数据处理软件, 以9种斑岩型矿床蚀变带中的特征蚀变矿物、 3种短波红外盲区蚀变矿物、 2种可见光盲区蚀变矿物为研究对象, 开展了系统的偏振光谱测量和对比研究。 结果表明: 斑岩型矿床的钾化带、 青磐岩化带、 绢英岩化带和高级泥化带特征蚀变矿物在偏振光谱上存在较为明显的不同, 表现为偏振曲线的对称性、 变化趋势和偏振度强度三方面的差异, 可据此对不同蚀变矿物进行识别, 进而划分蚀变带。 研究还发现: 石英、 萤石、 钾长石三种短波红外盲区矿物, 以及方解石、 白云石两种可见光盲区矿物的偏振特性存在明显差异, 说明通过给光谱仪增加偏振系统可有效提高光谱仪辨识矿物的能力, 这对研发新一代小型化光谱仪, 以及将光谱仪运用于矿产勘查具有重要的指导意义。 该研究还说明, 偏振光谱在矿床学领域具有重要的研究价值, 在矿产勘查方面具有很大的应用潜力, 应当积极开展更为深入、 系统的研究和实践。

通过铯原子D1线超精细跃迁能级的偏振光谱获得鉴频曲线,利用电子伺服系统将鉴频曲线反馈到894.6 nm 外腔式半导体激光器的压电陶瓷上进行锁定。由于偏振光谱技术不需要对激光器进行调制,因此不会带来额外的噪声。激光器自由运转400 s 内频率起伏为2.35 MHz,采用偏振光谱锁定激光器后400 s 内频率起伏为0.95 MHz,有效抑制了激光器的频率起伏。

针对目前传统稻种发芽率检测方法周期长、 精度低的问题, 提出新颖的基于连续偏振光谱技术实现稻种发芽率快速、 无损检测的方法。 以不同老化天数稻种为检测目标, 10 min为检测时间点, 使用起偏器将光纤准直光源调制成线偏振光垂直入射稻种浸出液, 而后以5°为间隔旋转检偏器, 并通过光纤光谱仪检测透射的光谱, 对检测的偏振光谱通过归一化预处理后, 根据不同发芽率稻种检测时偏振角及波长的贡献给出特征偏振角和特征波长, 特征偏振角为0°, 5°和25°, 特征波长为576, 620和788 nm, 将获取的连续偏振光谱以特征偏振角和特征波长处的透射率为输入, 构建稻种发芽率检测模型。 分别比较运用偏最小二乘法回归(partial least squares regression, PLSR)、 BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)、 径向基神经网络(radial basis function neural network, RBFNN)三种建模方法建立稻种发芽率检测模型。 分别用老化天数为0, 2, 4, 6 d的稻种, 在不同的偏振角共测量1 520组实验数据, 其中912组数据作为校正集, 608组数据作为预测集, 建模结果表明三种模型预测精度较高, 其中RBFNN模型预测精度最高, 其相关系数r为0.976, 均方误差RMSE为0.785, 平均相对误差MRE为0.85%。 表明利用连续偏振光谱技术通过多维度光谱信息能够有效实现稻种发芽率的快速、 准确检测。

针对稻种发芽率传统检测方法周期长，近红外光谱检测技术等无损检测方法受稻种自然颜色及含水量影响大的问题，通过连续偏振光谱结合嵌入型灰色神经网络(IGNN)的方法建立稻种发芽率预测模型。对检测连续偏振光谱运用经典模式分解(EMD)和小波包变换进行去噪处理，根据去噪效果选择EMD 去噪。利用主成分分析(PCA)提取去噪后的连续偏振光谱特征，结合偏最小二乘法回归(PLSR)、反向传播神经网络(BPNN)、径向基神经网络(RBFNN)和IGNN 分别构建稻种发芽率预测模型，建模结果显示10 min 检测时间点IGNN 预测模型精度最高，预测集相关系数R_P=0.985，预测集均方根误差(RMSEP)为0.771。研究结果表明基于连续偏振光谱技术结合嵌入型灰色神经网络的方法实现稻种发芽率快速无损检测是可行的且精度较高。

介绍了基于87Rb原子5S1/2-5P3/2-4D5/2阶梯型能级系统中的双光子偏振光谱。与其他跃迁相比，循环跃迁的信噪比最好。研究了双光子偏振光谱循环跃迁线信号强度随抽运光光强的变化情况。利用双光子偏振光谱，将1529 nm半导体激光器的频率锁定于87Rb原子的5P3/2(F′=3)-4D5/2(F″=4)跃迁线上，当取样时间τ=100 s时阿仑方差最小,为σy(τ)=1.3×10-11。与自由运转相比，该方法显著地改善了1529 nm激光器长期频率稳定度。

建立了激光诱导偏振光谱(LIPS)和激光诱导荧光(LIF)联合的燃烧流场诊断系统，测量了CH4/AIR预混火焰中心不同高度处的OH荧光光谱和激光诱导偏振光谱，计算了OH的浓度及燃烧场温度分布。分析了燃烧炉表面对荧光收集效率的影响，并对两种技术的测量数据进行了分析比对，获得了火焰中心OH密度的分布规律。实验结果表明，联合LIPS和LIF两种技术测量CH4/AIR预混火焰参数是可行的，两种技术测量结果的一致性较好，OH浓度的相对偏差小于5%，温度的相对偏差小于8%。

在Cr原子沉积研究中，为了实现Cr原子的激光冷却与汇聚，必须将激光频率锁定在52Cr的425.55 nm7S3→7P04跃迁谱线上。鉴于Cr是高熔点金属，实验中设计并制造了一种通孔型的Cr氦空心阴极放电装置，采用放电溅射的方式制备了Cr原子蒸气，并应用偏振光谱稳频技术实现了激光稳频。该技术简化了实验装置，提高了实验效率。在不需要任何调制器件和锁相放大器的条件下，实验得到了高信号背景比的色散型信号。该信号被用作误差信号，将一台倍频钛宝石激光器的频率锁定在52Cr的7S3→7P04跃迁谱线上。锁定时间大于1 h，激光的频率波动小于±295 kHz。实验表明，该技术适用于高熔点金属的稳频。

将激光频率锁定于合适的参考频率，可以有效地抑制激光器的频率起伏。本文采用铷原子D2线超精细跃迁线的饱和吸收光谱和偏振光谱分别获得鉴频曲线，通过电子伺服系统将频率校正信号负反馈到780 nm光栅外腔反馈半导体激光器外腔的压电陶瓷上的方法对激光器进行稳频。介绍了两种方法的基本原理和实验方案。与激光器自由运转300 s时激光器典型的频率起伏约66 MHz相比，采用饱和吸收光谱和偏振光谱进行稳频，运转300 s时激光器典型的残余频率起伏分别约为15 MHz和06 MHz。分析表明，饱和吸收光谱稳频采用了相敏检波技术，需要对激光器进行频率调制，带来了额外的频率噪声，而偏振光谱稳频则是一种完全无频率调制的稳频方案。

偏振光谱技术是一种高灵敏度和高分辨的光谱技术。提出一种基于可调平衡探测偏振光谱的实验方法，研究了不同偏振面下偏振光谱线型的变化趋势，观测到光谱线型随偏振片旋转产生的翻转现象。通过结合偏振理论与平衡探测理论，对线型翻转现象进行了解释，理论与实验符合得很好。同时，研究了色散型谱线峰峰值与抽运光强之间的依赖关系，发现在抽运探测光强比约为100时谱线强度出现饱和现象，为利用偏振光谱进行激光器频率稳定时选择参数提供了理论依据。

在采用磁光阱实现单个铯原子俘获的实验中, 运用无调制偏振光谱方法将光栅外腔半导体激光器(提供冷却/俘获光)的频率锁定在铯原子6S1/2 F=4→6P3/2 F′=5的超精细跃迁线上。采用偏振光谱技术得到的类色散曲线作为鉴频信号, 并同时对光栅外腔半导体激光器的电流调制端口和光栅外腔的压电陶瓷电压调制端口进行反馈, 以拓展反馈环路的带宽, 实现激光器的频率锁定。与通常的饱和吸收光谱稳频技术相比, 激光频率锁定之后的频率稳定度得到了明显改善。在取样时间τ=300 s时, 阿仑方差σy(τ)=4.6×10-12。