Способ измерения функции распределения фотонов по пробегам в светорассеивающих средах
Патент 542126
Авторы
Классы МПК
Способ измерения функции распределения фотонов по пробегам в светорассеивающих средах
Иллюстрации
Реферат
ег;еооюэнл
1 дГ,ТОит НО-теx ничесй Яв
II
6лблиотенв МБ.".
Союз Советских
Социалистииеских
Республик
ОП ИСАЙ ИЕ
ИЗОБРЕТЕН Ия
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и) 542I26 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.06.75 (21) 2145847/25 с присоединением заявки _#_— (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.01.77. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания06.04.77 (51) М. Кл.е 601 N 21/46
Гасударственный комитет
Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 535.853 (088.8) (72) Авторы изобретения
А. П. Иванов и И. М. Гурский (71) Заявитель
Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской CCP (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ФОТОНОВ ПО ПРОБЕГАМ В СВЕТОРАССЕИВАЮЩИХ
СРЕДАХ
1 2
Изобретение относится к физической оптике, преимущественно к оптике светорассеивающих сред и может быть использовано для анализа структуры среды (ее пространственной неоднородности, концентрации и типа частиц или других центров рассеяния, поглощательной и рассеивающей способности) и изучения закономерностей рассеяния света.
Известен способ измерения функции распределения фотонов по пробегам в светорассеивающих средах. Он основан на зондировании мутной среды коротким световым импульсом длительностью д ъ порядка 10 сек и осциллографической регистрации в масштабе времени т интенсивности рассеянного ею излучения. Переход к длинам пробега е, осуществляется по формуле е где Ч вЂ” скорость света в среде (1).
Известно также использование указанного способа, состоящего в посылке в среду зондирующего импульса и последующей регистрации в масштабе времени рассеянного средой импульса, форма которого характеризует измеряемую функцию, для изучения структуры чистых океанских вод и атмос феры (2).
Недостатком этого спосооа является его неприменимость к сидьномутным средам, что определя1 ется условием а < — где с — показаеу тель ослабления среды.
5 Поскольку минимадьныс длительности импульсов, создаваемых лазерами с модулированной добротностью, имеют порядок 10 — 10 сек (лазеры
t| 9 пикосекунцн диапазона и особенно техника регистрщин слабых импульсов такой длительности
1Q в насдоящее время несовершенны), то это соответствует Я порядка 0,1м и меньше. Указанные значения показателя ослабления как раз и реализуются лишь в достаточно прозрачных средах.
Целью изобретения является расширение диапа1а зона измерен«я оптических характеристик в силь/ номутных средах, какими являются, например, живая ткань, растительный лист, кровь и другие биологические объекты, снежный или земляной покров, бумага, порошок и т.д.
Поставленная цель — îñòèãàåòñÿ тем, что в исследуемую среду посылают зондирующий импульс с известной длиной когерентности, получают интерферениионную картину с помощью двухлучевого интерферометра. изменяют длину оптического пути
25 в опорном канале интерферометра так, чтобы полу54212Ü чить интерференцию для каждого дискретного отрезка зондирующего импульса в исследуемок среде и регистрируют переменчую компоненту интер. ференционной картины, как функцию разности оптиче ских путей.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 иллюстрируется суть происходящего явления; на фиг. " — схематично показан результат взаимодействия рассеянного и- опорного излучений.
Квазимонохроматическое излучение распространяется от источника в виде параллельного пучка.
Длина когерентности этого излучения характеризуется длиной цуга о элементарного акта высвечивания источнлка. Он подвергается многократному рассеянию, т.е. разбивается на множество частей (1, 2, 3, 4....), каждая из которых проходит путь разной длины и по — своему ослабляется. Таким образом, вследствие прохода частями цуга разных путей на выходе из среды будет реализован uyr, длина которого 8 значительно больше f . Амо плитуда колебаний внутри него не остается постояннок. Зто непостоянство амплитуды определяется огибающей волнового процесса. Очевидно, квадраты значений ординат огибающей характеризуют искомую функцию распределения фотонов по пробегам.
Измереьле функции распределения производится следую.цкм образом. Если часть 1 рассеянного цуга до областк взаимодействия с опорным излучением пройдет путь той же оптической длины, то результатом взакмодекствия будет интерференционная картина, которую можно зарегистрировать.
При этом другие части рассеянного цуга не дадут интерференционнойкартины с опорным излучением, если их оптический путь будет больше выбранной длины когерентности источника. Затем в опорное излучение вводят такую оптическую задержку, которая уравняла бы длину оптического пути, например, между частью 3 рассеянного цуга и тем же опорным излучением. В этом случае интерференционная картина возникает только для части 3 рассеянного цуга. Выполняя описанные операции для различных оптических задержек и измеряя, к примеру, сканированием приемника излучения в области взаимодействля переменную (по поверхности) компоненту, получают значения амплитуд, которые будут пропорциональны части 1 рассеянного цуга, затем части 2 у т.д. График ампг итуды переменной компоненты, измеренной в зависимости от оптичес20 сд
40 кой дчины пути с точностью до постоянного множи-50 теля, будет соответствовать профилю искомой функции распределения фотонов по пробегам.
Используя источники с различной длиной когерентности и воспользовавшись известным соотношением между длиной когерентности 1, и степенью монохроматичности Я / A Л, 2 где Л вЂ” средняя длина волны излучения;
Ы вЂ” спектральный интервал излучения, можно найти, что полуширина измеряемой функции распределенияпри Л= 0,5 мкм и ЛЛ= 250нм окажется равной (10 — 100) C = 5 = (10 — 100) мкм.
Если взять Ь Л =2,5 нм, то = (1000 — 10000) мкм.
Соответствующее временное разрешение оказывается равным (3.10 — 3.10 1 ) сек.
Использование предлагаемого способа измерения функции распределения фотонов по пробегам в светорассеивающих средах позволяет существенно расширить класс дисперсных сред (преимущественно плотньгх), таких как, например живая ткань, растительный лист, кровь и другие биологические объекты, где можно экспериментально исследовать закономерности переноса электромагнитной энергии, при этом открываются новые возможности анализа внутренней структуры оптических свойств плотных рассеивающих объектов.
Формула изобретения
Способ измерения функции распределения фотонов по пробегам в светорассеивающих средах, основанный на посылке в среду зондирующего импульса и последующей регистрации в масштабе времени рассеянного средой импульса, форма которого характеризует измеряемую функцию, о т л ич а ю щий ся тем, что, с целью расширения диапазона измерения оптических характеристик в сильномутных средах, получают интерференционную картину с помощью двухлучевого интерферометра, изменяют длину оптического пути в опорном канале интерферометра так, чтобы получить интерференцию для каждого дискретного отрезка зонцирующего импульса в исследуемой среде и регистрируют переменную компоненту интерференционной картины, как функцию разности оптических путей.
Источники информации, принятые во внимание при эк сне ртизе:
1. Иванов А. П. "Оптика рассеивающих сред"
Минск, 1969, 505, 2. "Журнал прикладной спектроскопии", 1972, 17, вып. 2,340 (прототип) .
542126
Составитель Н. Решетников
Техред M. дикович Корректор Т. Чаброва
Редактор И. Тимофеева
Заказ 5957/28
Тираж 1029 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4