1 浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
2 东海实验室，浙江 舟山 316021
3 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心，浙江 嘉兴 314000
4 浙江大学杭州国际科创中心，浙江 杭州 311200
5 浙江大学地球科学学院浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室，浙江 杭州 310027
提出一种基于正则化方法改进的气溶胶微物理特性反演算法，通过引入模式半径范围作为先验约束，并对差异最小值附近的解进行平均，以解决反演时存在的欠定问题。对1500组不同类型的气溶胶粒径分布进行仿真，测试了所提反演算法对气溶胶微物理特性参数的反演精度与稳定性。考虑在20%随机高斯噪声的影响下，90%以上气溶胶的有效半径、体积浓度和表面积浓度反演相对误差可被控制在±33%、±45%和±50%范围内。误差统计结果表明，所提算法基于多波长的气溶胶光学特性，可实现对气溶胶粒径分布的可靠反演。
大气光学 多波长激光雷达 正则化方法 气溶胶粒径分布 微物理特性
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
散射矩阵是描述介质散射特性的重要参数，该参数对介质的理化特性敏感。为研究利用该参数对气溶胶进行识别及理化特性获取的可行性，设计并实验测量了聚α烯烃和氯化钠两种气溶胶样品的散射矩阵，讨论了二者矩阵元素的角度分布规律，并基于Mie散射理论，采用模板匹配的方法利用测量结果对聚α烯烃气溶胶的粒径分布进行了反演。结果表明通过矩阵元素的角度分布规律可以对两种气溶胶进行有效识别与区分，结合相关散射模型与反演方法还可以获得气溶胶的理化特性。该研究为气溶胶识别及其理化特性的获取提供了方法参考。
散射矩阵 气溶胶识别 粒径分布 反演 scattering matrix aerosol recognition particle size distribution inversion 大气与环境光学学报
2023, 18(3): 191
华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
动态光散射技术在微米与亚微米级颗粒系粒径分析领域中具有广泛应用，但缺乏非球形颗粒系粒径分布（PSD）的反演模型和算法，限制了其在生物医疗等领域中的应用。基于机器学习方法，设计了基于广义回归神经网络（GRNN）的PSD反演模型和算法，可应用于多角度动态光散射法的粒径分析场景中。以生物医疗领域中的双凹圆饼形和椭球形血红细胞作为典型的非球形颗粒物模型，通过仿真实验测试了所设计的算法。实验结果表明，与传统的正则化Tikhonov算法相比，所设计的反演算法粒径分析准确性更好且耗时更短。对多角度动态光散射法中的散射角度数量进行了仿真实验。结果表明，仅使用2个散射角度处获得的数据依然能实现非球形颗粒系粒径分布的准确反演。
散射 多角度动态光散射 颗粒系粒径分布 广义回归神经网络 非球形颗粒分析
1 中国科学院合肥物质科学研究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
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 中山大学大气科学学院，广东 珠海 519000
基于南海北部海域开展的走航观测，测量了颗粒直径为14~680 nm的气溶胶数浓度，分析了气溶胶数浓度时空分布、粒径分布特征。以核模态、Aitken核模态和积聚模态为基础，统计了气溶胶粒径谱谱型并对其分布模式进行了对数正态拟合。同时，讨论了航程中遭遇的一次冷锋过程对气溶胶数浓度、粒径和组分分布的影响。结果表明：沿海海域气溶胶总数浓度超过6800 cm-3，远海海域气溶胶总数浓度约为1700 cm-3；海洋气溶胶中位数粒径谱符合对数正态分布，近海气溶胶多为双峰型，峰值数浓度在200 cm-3左右，而远海气溶胶多为单峰型，峰值数浓度在60~100 cm-3之间；冷锋过程前的气溶胶样品属于海源气溶胶，呈现海洋本底气溶胶特征，而冷锋过程后的气溶胶样品为受台湾岛污染影响的陆源气溶胶。
海洋光学 海洋气溶胶 亚微米颗粒 数浓度 粒径分布 对数正态分布
两相流中颗粒的运动速度、粒径分布和体积分数是非常重要的参数。本文介绍了一种基于透过率起伏相关频谱测试技术的光学测量装置，并采用该装置实现了颗粒运动速度、粒径分布和体积分数的同时测量。该测试装置具有结构简单、易实现和便于安装维护等特点，有望应用于两相流的在线实时测量。实验结果与标称直径、其他测量方法所得结果相符并具有较好的重复性，证明了测试装置的可行性。
测量 两相流 透过率起伏相关频谱 颗粒粒径分布 中国激光
2022, 49(23): 2304005
悬浮颗粒物的质量比后向散射系数（）主要受颗粒物的成分、大小等因素影响，研究其变化特性对于揭示水体中颗粒物种类、时空分布以及提升水色遥感定量化精度等具有重要意义。本文利用Mie理论，对海水中常见的具有不同粒径分布、相对折射率及表观密度的多种藻类和无机矿物颗粒的质量比后向散射系数进行了模拟计算。研究发现：当粒径分布斜率ξ相同时，无机矿物颗粒的平均约为藻类颗粒的2倍；ξ为4.0时，无机矿物颗粒和藻类颗粒在532 nm处的平均分别为（9.12±3.18）×10-3 m2·g-1和（4.09±0.48）×10-3 m2·g-1；藻类颗粒具有较低的主要原因是其折射率实部较低。黄东海实测数据研究结果表明：的空间变异性低于后向散射系数，当无机颗粒质量浓度在总颗粒物中占主导时，平均为8.46×10-3 m2·g-1；而有机颗粒物占主导时为3.63×10-3 m2·g-1，前者为后者的2.3倍。实测随有机颗粒物质量浓度占比的增大呈乘幂函数形式减小，结合模拟结果，发现研究区水体颗粒物的粒径分布斜率ξ的变化范围为3.6~4.2，对于有机颗粒占主导的远岸水体，ξ约为3.9，而在长江入海口附近水域，悬浮颗粒物的质量比后向散射系数因受粒径分布变化的影响具有较大的变化幅度。。
海洋光学 质量比后向散射系数 Mie理论 粒径分布 颗粒物组成 黄东海 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1301002
红外与激光工程
2021, 50(10): 2021G004
浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
针对标准/全场彩虹信号的反演处理，提出一种基于局部最小的通用性反演算法。该算法基于带修正系数的复角动量理论建立了带不等式约束的非线性最优化目标函数，并采用序列二次规划法对最优化目标函数进行迭代求解。反演前针对标准/全场彩虹信号进行不同的预处理，如去除高频结构、预估反演参数范围等。基于Lorentz-Mie理论对不同折射率和粒径分布（对数正态分布和正态分布）的液滴彩虹信号进行数值模拟，并对有/无粒径的预设分布进行反演，验证了该算法的有效性。结果表明：标准彩虹折射率反演最大绝对误差小于3×10-4，最大粒径相对误差为1.3%；各种工况下，全场彩虹反演折射率误差均小于1×10-4，平均粒径相对误差小于1.67%。最后对该算法进行了标准和全场彩虹实验数据的验证。
测量 彩虹折射技术 反演算法 非线性优化 折射率 粒径分布 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0529001
1 中山大学大气科学学院, 广东 珠海 519082
2 中山大学公共实验教学中心, 广东 广州 510275
3 南方海洋科学与工程广东省实验室 (珠海), 广东 珠海 519082
4 广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室, 广东 广州 510275
5 华南气候环境与全球变化综合观测开放实验站, 广东 广州 510275
运用扫描电迁移率粒径谱仪对比测试自制软 X 射线中和器 (CM-SXR) 与商业化 TSI 高级气溶胶中和器 (TSI-SXR)。研究结果表明, 对于 20 nm 以上颗粒物, 在差分电迁移率分析仪 (SMPS) 筛分负电荷模式下, 对不同颗粒物 (聚苯乙烯乳胶颗粒、硫酸铵及氯化钠颗粒、室内空气颗粒) 的测试均显示, 使用自制中和器比使用 TSI 中和器测量所得的颗粒物数浓度要高, 浓度差异最大达 40%; 而在筛分正电荷模式下, 其结果正好相反, 最大浓度差达 77%。 造成上述差异的原因可能是由于软 X 射线在两种中和器中放置位置不同而导致放射程度不同以及停留时间存在差异, 从而最终导致中和器中颗粒物正负电荷分布不同。
软 X 射线 中和器 大气气溶胶 粒径分布 颗粒中和 soft X-ray neutralizer atmospheric aerosols size distribution particle neutralizing 大气与环境光学学报
2020, 15(6): 438
