偏振测量在分析光与物质相互作用的领域发挥重要作用，其应用也十分广泛。在众多偏振测量器件中，基于双光弹调制器的偏振测量仪
在精确度、灵敏度、测量速度方面均有优势。特别在遥感、宇宙生命探测等微弱信号的高精度检测方面有不可替代的作用。本文简单介
绍了双光弹调制器的偏振测量仪的在光合微生物探测方面的一则应用实例。
对宇宙中生命的探测依赖于对生物过程中特有的可观察特征的检测。如果这些信号可以被遥感到，那么就可以不需要昂贵的着陆航天器
就能对行星表面和远处物体进行广泛的探查。同源手性被认为是所有形式的生命的通用性，因此它可能是非陆地生命的标志，而圆偏振
直接归因于有机分子的手性，因此圆偏振可能提供一个更直接的生物过程存在的指标。光合作用出现在地球历史的早期，并从那时起就
对地球上的生命发挥了重要作用，微生物主导的光合生物圈是随机选择的太阳系外行星最可能的可能性之一。由此可见，偏振测量仪在
遥感中的主要作用是了解光合微生物是否在散射光中产生宏观的圆偏振特征。如果光合微生物确实产生了这样的特征，那么圆偏振光谱
就可以作为强指标在遥感中进行广泛的生物探测。
William B. Sparks团队从马里兰大学生物技术研究所海洋生物技术中心获得了光合海洋蓝藻细菌的培养物。这些光合的原核生物具有
叶绿素a和天线色素藻蓝藻和藻蓝蛋白。他们测量了这些样品的圆偏振特性。
实验使用了Hinds的偏振测量仪（系列II/FS42-47），设计目标是在存在线偏振度约0.03的条件下测量圆偏振度10-4的圆偏振光。2个
夹角45°的PEMs，以共振频率42kHz和47kHz调制，然后是轴22.5°的Glan棱镜、场透镜、单色仪和光电倍增管检测器。整个系统由一
台专用的台式计算机控制。线性Stokes参数，Q和U，由2f调制频率测量，而圆形Stokes参数V，由第一个PEM的1f调制频率测量，使
用锁相放大器以获得额外的精度。直流分量提供了总强度I。在我们能够产生完全线性偏振光的情况下，圆偏振光完全偏振光的偏振度
为零。偏振计可从400nm调到800nm，并由软件自动控制，并可以在选定波长范围内进行离散的扫描。单色谱的光谱分辨率为
15nm(FWHM)，最常见的采样频率为5nm步长。
实验分别测量了样品的透射和反射的圆偏振光谱。光路如图1：在反射模式下，来自光纤耦合石英钨卤灯的光通过水平开口(B)进入直径
为200mm的积分球，照亮对面球壁上的一个点。挡板位于照明点和样品之间，以减少该方向的直接照明。光被大量的内部反射去偏
化，并作为未偏化的漫射光出口到位于下方A端口的样品表面。偏振测量仪从上方端口C的正常表面查看样品，并将端口A的样品成像
到单色器的入口狭缝上。在透射模式下，水平端口B关闭，使用相同的光源照亮样品下面的弥漫性白色斑块，这种低偏振白光直接通过
样品进入偏振测量仪。
图1 偏振测量仪和积分球的组合光路图
对于WH8101(图2A)。在蓝色（类胡萝卜素）中看到了一个广泛的吸收复合物，以及在620nm（藻蓝蛋白）和680nm(叶绿素a)处的条
带。每个信号都显示了一个显著的圆偏振信号。此外，蓝色复合物和藻蓝藻带显示出单个符号的圆偏振，而叶绿素a带的圆偏振显示出
非常独特的衍生型“保守”圆二色性特征。圆偏振的符号在吸收最大值的位置上精确地反转。这种众所周知的效应是由于激子耦合的叶
绿素分子二聚体的存在，其中叶绿素分子彼此接近，具有成对的功能，有效地作为一个大分子。结果表明透射光谱体现了样品的圆二向
色性。
WH8101的反射实验(图2B)显示了反射率和偏振光谱，非常接近透过率实验。虽然使用无偏振光照射样品，但反射偏振光谱的特征与
透射偏振光谱相同。我们可以看到了吸收蓝色的类胡萝卜素，藻蓝蛋白天线色素和叶绿素a二聚体保守的圆偏振符号的变化。透射光谱
和反射光谱的偏振振幅相似。在680nm处圆偏振符号变化的存在是一个非常强烈的迹象，表明即使在散射光谱中也体现了样品的分子
圆二色性。
图2 蓝藻细菌WH8101的圆极振光谱
(A)聚球菌WH8101的透射极振谱。蓝线表示圆偏振度；红色实线表示吸光度谱的比例版本
(B)反射偏振谱如A一样，除了红色实线是-log10（反射率），红色虚线是线偏振度的比例图
随着超大地面望远镜的发展，望远镜的能力足以为偏振测量提供足够的光子，叶绿素a的圆偏振光的红色边缘有望成为宇宙生物探测的
重要指标。
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