水体光谱测量应用光纤的优选及其影响因素初步分析.pdfVIP

第26卷 第2期 海 洋 学 研 究 Vol.26 No.2 2008年 6月 JOURNALOFMARINESCIENCES June, 2008 文章编号：1001-909X（2008）02-0047-06 水体光谱测量应用光纤的优选及其影响因素初步分析 1,2 1 3 1,2 马晓鑫 ，商少凌 ，胡传民，商少平 （1.近海海洋环境科学国家重点实验室，福建 厦门 361005；2.厦门大学 海洋学系，福建 厦门 361005； 3.CollegeofMarineSciences,UniversityofSouthFlorida,St.PetersbergFL33701,USA） 摘 要：比较了两种石英光纤以及不同芯径的光纤对水体光谱测量的影响。通过对水体光谱的实 地测量，发现芯径为0.6mm、数值孔径(NA)为0.37的PCS光纤，在波长为350～550nm之间透 光量的GER信号损耗较小，与镜头测量值曲线的相似性较好，光纤接入光谱仪的实测值达到原 配4度视场角镜头测量值的20%,而0.4mm的PCS光纤以及大芯径光纤，分别只能达到镜头测 量值的15%和5%。10m长的芯径为0.6mm 的PCS光纤弯折 （半径为30cm）后其GER信号 仍能达到镜头信号的15%，符合光谱测量的要求。 关键词：光纤；水色；衰减；高光谱 + 中图分类号：O433.59 文献标识码：A ［3］ GORDONetal发现，水下光谱剖面仪的有效直径必 0 引言 需小于2.5cm，才有可能对因自阴影效应引起的近 水色遥感在海洋的全球变化研究和近海海洋环境 红外波段误差进行有效的校正。这是限制水下光谱剖 监测中发挥了越来越重要的作用，尤其是高光谱遥 面仪在近岸水体中应用的最大障碍，另一个障碍是该 感，将很可能成为近岸水体水质实时监测中具有应用 仪器在测量过程中下沉速度太快，采样深度间隔不能 前景的遥感监测方法 ［1］。由于各种有色物质的粒度 满足近海浑浊水体遥感探测的验证要求。目前国际上 （分子量）分布以及光吸收、散射特性的各异性，对 已经开始注意到光纤技术在水下光谱测量中的应用潜 水体环境污染要素高光谱信息的提取，必须基于各种 力，不少便携式高光谱测量仪如GER1500、USB2000 不同水体的光学参数与环境污染要素的同步测量，建 等，都有光纤探头可供选配；国内也已开始探索相关 立起针对不同环境条件的光学参数与环境污染要素之 的开发技术 ［4］。国产光纤较脆弱，而进口光纤却成本 间的一系列关系，从而筛选和发展区域性的反演算 高昂 （100美元/m），因此必须立足于国产化高技术 法。水体向上和向下辐照度是上述同步测量中基本的 低成本的光纤，故而有必要对比不同国产光纤对水下 测量项目。目前，国际上普遍采用针对一类水体设计 光谱剖面测量的影响，为具有自主知识产权的国内光 的大型水下光谱剖面仪，该类光谱剖面仪精度较高， 纤剖面仪的研发提供基础参考资料，并促进相关工作 但体积较大、采样深度间隔也较大，仅适合在低浑浊 的开展。 的外陆架和深海中使用。在浅海和较浑浊的水域，光 1 材料与方法 谱剖面仪因体积较大将产生自阴影影响，这种影响在 蓝光、红光及近红外波段中显得更为突出，可能使测 1.1 材料的选择 量导致出现50%、甚至