散射介质中颗粒光学参数的研究

摘要

通过光与物质的相互作用来获得物质的基本信息一直以来就是物理学研究的一个热门课题。光学参数的测量主要包括散射和吸收两方面。吸收系数和散射系数是介质光传输特性的重要参量之一，也是人们对其它参量进行间接测量不可或缺的手段。在生物医学诊断领域、水体检测，大气环境检测及食品安全检测方面具有重要意义。
　　 本论文首先介绍了低相干光纤动态光散射的基本原理和实验系统，以及Mie散射的基本理论和计算方法，其次着重介绍了散射介质中颗粒光学参数的测量方法。对颗粒光学参数的研究主要包括以下内容:
　　 针对实际颗粒并不都是理想的球体颗粒，而很多实际粒子的形状更接近椭球体。为了计算吸收介质中微椭球体颗粒的光学参数，本论文引入了Eikonal近似，将椭球体颗粒用其等效的球体颗粒来代替，进而应用Mie散射理论来计算其光学参数。计算结果表明微椭球体颗粒的散射和吸收与椭球体位置、颗粒离心率、入射光波长及相对折射率都有关系。
　　 对于浓悬浮液中纳米颗粒光学参数的研究，采用低相干光纤干涉仪测量加入不同体积分数墨水的聚苯乙烯溶液光场自相关函数，光场自相关函数与加入墨水的体积分数无关，都是单调衰减的，表明散射系数与吸收无关。且散射系数和约化散射系数的值均与Mie理论计算值符合的很好，证明了散射系数与吸收无关。在短光程范围2ld＜10(e)*内，实验测得的加入不同体积分数墨水的聚苯乙烯溶液的光程可分割强度分布符合单指数衰减。利用modified Lambert-Beer law计算的吸收系数与用分光光度计测量的结果很好的一致。悬浮液中相对吸收系数与散射体的体积分数无关，表明了吸收系数与散射无关。结果表明，在短光程范围2ld＜10(e)*内，利用低相干光纤动态光散射技术可以同时的测量散射系数和吸收系数，且二者是相互独立互不影响的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的研究内容及方法

1．3．1 本论文的研究内容

1．3．2 本论文的研究方法

1．4 小结

第二章 低相干光纤动态光散射

2．1 低相干光纤干涉计

2．1．1 低相干光源

2．1．2 低相干光纤干涉计原理

2．2 动态光散射

2．2．1 单散射理论

2．3 低相干光纤动态光散射原理

2．4 低相干光纤动态光散射实验系统

2．5 小结

第三章 基于Mie散射的吸收介质中微椭球体颗粒光学参数的研究

3．1 引言

3．2 光的散射现象

3．2．1 颗粒对光的散射、吸收与消光

3．3 Mie散射参数及计算

3．3．1 散射光场、强度函数的计算

3．3．2 an和bn的计算

3．3．3 πn和τn的计算

3．3．4 改进的散射系数和吸收系数的计算方法

3．5 Mie散射理论的Matlab计算

3．5．1 Matlab程序简介

3．5．2 Mie散射计算公式的Matlab程序

3．6 Eikonal近似

3．7 结果与讨论

3．7．1 椭球位置对光学参数的影响

3．7．2 椭球离心率对光学参数的影响

3．7．3 入射光波长对光学参数的影响

3．7．4 相对折射率对光学参数的影响

3．8 小结

第四章 浓悬浮液中颗粒光学参数的研究

4．1 引言

4．2 实验原理

4．2．1 散射系数的测量

4．2．2 吸收系数的测量

4．3 实验样品及配置

4．4 实验结果及讨论

4．5 小结

第五章 总结与展望

5．1 主要研究内容与成果

5．2 今后工作展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢