[发明专利]基于非线性多光子吸收效应的叶片光合色素含量检测方法

权利要求书

1.基于非线性多光子吸收效应的叶片光合色素含量检测方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

第一步、确定待测叶片中叶绿素a的含量：使用波长可调谐的飞秒激光器作为激光光源出射1291～1326nm波长的激光，激光经聚焦透镜聚焦后射到由夹具夹持的待测叶片上，光功率计记录透过待测叶片的功率；然后，通过移动平台带动夹具在聚焦透镜焦点附近移动，光功率计记录在不同位置处透过待测叶片的功率，将各位置处透过待测叶片的功率除以激光入射功率，求得各位置处待测叶片的激光透过率；接着，采用多光子吸收归一化透过率计算公式进行数据拟合求得待测叶片对应的多光子吸收系数值，若得到两光子吸收系数，则识别出待测叶片含有叶绿素a，根据多光子吸收截面的计算公式求解叶绿素a在待测叶片中的浓度，否则执行下一步；

第二步、确定待测叶片中叶绿素b的含量：使用波长可调谐的飞秒激光器作为激光光源出射1936～1988nm波长的激光，激光经聚焦透镜聚焦后射到由夹具夹持的待测叶片上，光功率计记录透过待测叶片的功率；然后，通过移动平台带动夹具在聚焦透镜焦点附近移动，光功率计记录在不同位置处透过待测叶片的功率，将各位置处透过待测叶片的功率除以激光入射功率，求得各位置处待测叶片的激光透过率；接着，采用多光子吸收归一化透过率计算公式进行数据拟合求得待测叶片对应的多光子吸收系数值，若得到四光子吸收系数，则识别出待测叶片含有叶绿素b，根据多光子吸收截面的计算公式求解叶绿素b在待测叶片中的浓度，否则执行下一步；

第三步、确定待测叶片中β-胡萝卜素以及叶黄素的含量：使用波长可调谐的飞秒激光器作为激光光源出射891～900nm波长的激光，激光经聚焦透镜聚焦后射到由夹具夹持的待测叶片上，光功率计记录待测叶片的功率；然后，通过移动平台带动夹具在聚焦透镜焦点附近移动，光功率计记录在不同位置处透过待测叶片的功率，将各位置处透过待测叶片的功率除以激光入射功率，求得各位置处待测叶片的激光透过率；接着，采用混合色素线性吸收系数计算公式求得待测叶片总的线性吸收系数值，再采用多光子吸收归一化透过率计算公式进行数据拟合计算求得待测叶片对应的总体两光子吸收系数值，且采用多光子吸收归一化透过率计算公式进行数据拟合计算求得待测叶片对应的总体三光子吸收系数值；进而采用多光子吸收截面的计算公式求得叶绿素a的两光子吸收系数和叶绿素b的两光子吸收系数，再将总的两光子吸收系数减去叶绿素a的两光子吸收系数以及叶绿素b的两光子吸收系数，得到β-胡萝卜素的两光子吸收系数，再采用多光子吸收截面的计算公式计算出β-胡萝卜素在待测叶片中的浓度；最后，采用多光子吸收截面的计算公式求得叶绿素a的三光子吸收系数和叶绿素b的三光子吸收系数，再将总的三光子吸收系数减去叶绿素a的三光子吸收系数以及叶绿素b的三光子吸收系数，得到叶黄素的三光子吸收系数，再采用多光子吸收截面的计算公式计算出叶黄素在待测叶片中的浓度。

2.根据权利要求1所述基于非线性多光子吸收效应的叶片光合色素含量检测方法，其特征在于：所述的多光子吸收归一化透过率采用如下公式计算：

其中，α_n是n光子吸收系数，I₀是聚焦透镜焦点处的光强度；样品有效厚度L_eff＝[1-exp(-(n-1)α₀L)]/(n-1)α₀，L是样品的实际厚度，α₀是线性吸收系数；z是样品与聚焦透镜焦点的距离；z₀＝πω₀²/λ是瑞利长度，λ是波长，ω₀是焦点处的峰值功率。

3.根据权利要求1所述基于非线性多光子吸收效应的叶片光合色素含量检测方法，其特征在于：所述多光子吸收截面的计算公式如下：

其中，σ_n是多光子吸收截面，α_n为n光子吸收系数，h是普朗克常量，ν是光子频率，d₀是样品浓度，N_A是阿伏伽德罗常数。

4.根据权利要求1所述基于非线性多光子吸收效应的叶片光合色素含量检测方法，其特征在于：所述的混合色素线性吸收系数计算公式如下：

其中，I是待测叶片的输出光强度，I₀是聚焦透镜焦点处的光强度，α′₀是混合色素总的线性吸收系数，L是待测叶片的实际厚度。