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叶绿素分子结构

    植物通过光合作用过程可吸收的色素有叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素包含有叶绿素a、叶绿素b两类。而叶绿素吸收光谱的较强吸收区是波长为640-660nm的红光和430-450nm的蓝紫光。但由于叶绿素分子的特殊结构，使得叶绿素吸收光子不会发生光解，反而会产生能量的转移或辐射衰变现象。当叶绿素分子吸收光子能量至激发态之后，叶绿素分子会以直接能量传递或电子传递的方式完成能量的传递。

荧光寿命

    当某种物质被激光激发，使该物质的分子吸收能量从基态跃迁到某种激发态上后，再以辐射跃迁的形式发出荧光回到基态。去掉激发光分子的荧光强度，降到激发时的荧光较大强度所需要的时间，就是荧光寿命。

荧光寿命的测量

    荧光寿命是植物叶绿素的本征参量，它不会受到初始干扰，如波长的激发、曝光时间、测量方法或光漂白的影响，可以认为它是一个状态函数，因此对荧光寿命的测量具备较好的稳定性和精度。现在测量物质分子的荧光寿命已经成为了研究物质光物理、光化学和光生物性质的一个重要手段，还有分子激发态的衰变过程，等分子体系微观动力学的研究等。荧光现象多发生在纳秒级，这正好是分子运动所发生的时间尺度，采用时间分辨荧光技术，可以直观地看到一些肉眼看不到的分子间作用过程。例如较分子体系中分子间的簇集、蛋白质先进结构的变化等。尤其是对植物的病虫害起到了预警的作用。

激光诱导叶绿素荧光的产生

    荧光产生的物理基础是斯托克斯位移。当一定波长的光子碰撞到样品分子时，有部分光子会被分子吸收，分子能量因此升高；处于较高能态的分子较其不稳定，会通过释放能量来回到稳定的基态，即较低能级，另外一部分将会以辐射的形式回到基态。分子吸收一定频率范围的激发光，会发生振动弛豫现象回到先进激发电子态的较低能级，在这个过程中，荧光就以分子由此向下的辐射跃迁而产生，这就是激发产生荧光的物理基础。

    采用激光主动诱导叶片叶绿素产生荧光，激光光子照射到植物叶片时，该叶片上的叶绿素分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态上，但是激发态是不稳定的，叶绿素分子将以辐射跃迁的形式回到基态，产生荧光，在这个过程中发出的荧光是有荧光特性的，其中包含了光谱特性和时间特性，荧光谱峰值强度和位置、谱线宽度、荧光寿命、上升时间以及荧光产生效率等。

荧光寿命技术分析

    荧光检测技术发展至今，已经广泛应用于诸多领域，其中主要以动力学荧光分析法、主动诱导荧光技术和被动荧光探测技术为主。传统的以荧光强度为被测参数的荧光探测技术，虽然能够研究植物生理状况，但因荧光本身较其微弱,又容易受环境光、激发光强等因素的干扰，无法实现远距离遥感探测。而荧光强度又与激发光强成正比关系，户外环境空气中的大量微小颗粒物会严重影响激发光的强度分布，从而干扰受激产生的叶绿素荧光强度。而荧光寿命有不受外界环境光、荧光散射角度、激发光强等因素的干扰的优点。而且叶绿素荧光寿命成像技术能够实现远距离、大范围植物生理状况空间分布的探测。

激光诱导叶绿素荧光寿命技术研究

    激光诱导叶绿素荧光寿命分析技术是以植物光合作用理论为基础的，利用植物叶绿素荧光作探针，研究外界因素对植物生理状况细微影响的植物活体测量技术。激光诱导荧光寿命的探测方法有两种形式：即荧光寿命扫描技术与激光诱导荧光寿命分析技术；前者采用汇聚激光光束对叶绿素进行照射，激发其产生荧光信号，因为汇聚光束会造成植物组织的损伤，无法应用于活体探测；而叶绿素荧光寿命成像技术不但能够实现活体植物的无损探测，而且能够获取植物组织特定区域荧光寿命的分布图。原理是：

    通常先对激光进行扩束，再照射植物激发叶绿素荧光，由ICCD记录荧光信号，ICCD任意像素点接收到的荧光信号实际为激光诱导叶绿素荧光信号。使用ICCD得到的一组连续变化的叶绿素荧光强度图称CFLIM数据。CFLIM数据中每一张数据图都是许多荧光信号的一个剖面，CFLIM数据也可被看作含大量时间通道的像素点阵列，其中每个像素点都是能记录一组离散荧光数据的时间通道，拟合离散荧光数据，可得到平滑的荧光信号曲线。对植物特定区域变化的荧光进行连续拍摄就能得到该区域离散荧光信号的分布，再拟合所有像素点的数据，并依次用拟合过的荧光数据对系统函数做解卷积处理，就能得到各像素点的荧光衰减函数，从而反演它们的荧光寿命，绘制植物荧光寿命图谱。