Asymptotic Solution to Scattering Problem on a Set of Small Particles and Application to Creating the Materials with a Peculiar Refractive Index

The asymptotic solution to the scattering problem on a set of small particles, supplemented into homogeneous material, is used for modeling the materials with the desired refractive index. The consideration concerns the case of acoustic scalar scattering and the solution to initial scattering problem is built using an asymptotic approach. The closed form solution is reduced for the scattering problem. This is significant advantage of approach because there is no need to solve the respective system of boundary integral equations. High accuracy of solving the scattering problem is achieved by choosing the optimal parameters of the domain with small particles. The approach allows obtaining an explicit formula for the refractive index of the resulting inhomogeneous material. The numerical calculations show the possibility to get the specific values of refractive index including its negative values.

Using Narrow Line-Width Laser to Measure the Thickness and Refractive Index of the Film

We demonstrate applications of a novel setup which is used for measuring the relative phase difference between S and P polarization at an oblique incidence point in optically denser medium by analyzing the relative frequency shift of adjacent axial modes of S and P resonances of a monolithic folded Fabry-Perot cavity (MFC). The relative phase difference at a reflection point A in an optically denser medium is inferred to be around -167.4° for a confocal cavity and -201.1° for a parallel cavity. Given the n1, n3, φ1, φ3, λ, and Δ, the elliptic formula tan(ψ)exp(iΔ) = Rp/Rs is used to find a solution for thickness d and refractive index n2 of the thin film coated on point A, where Rs and Rp are total refractive index of s and p component of light related to two unknown values. Since it is hard to deduce an analytical solution for thickness and refractive index of the film, we firstly used exhaustion method to find the set of solution about thickness and refractive index when assumed there is no light absorption by the film and then Particle Swarm Optimization (PSO) to find a set of solution of thickness and complex refractive index which accounts the light absorption by the film.

Random Raman Fiber Laser as a Liquid Refractive Index Sensor

In this paper,a new concept of forward-pumped random Raman fiber laser(RRFL)-based liquid refractive index sensing is proposed for the first time.For liquid refractive index sensing,the flat fiber end immersed in the liquid can act as the point reflector for generating random fiber lasing and also as the sensing head.Due to the high sensitivity of the output power of the RRFL to the reflectivity provided by the point reflector in the ultralow reflectivity regime,the proposed RRFL is capable of achieving liquid refractive index sensing by measuring the random lasing output power.We theoretically investigate the effects of the operating pump power and fiber length on the refractive index sensitivity for the proposed RRFL.As a proof-of-concept demonstration,we experimentally realize high-sensitivity half-open short-cavity RRFL-based liquid refractive index sensing with the maximum sensitivity and the sensing resolution of-39.88W/RIU and 2.5075×10^(-5) RIU,respectively.We also experimentally verify that the refractive index sensitivity can be enhanced with the shorter fiber length of the RRFL.This work extends the application of the random fiber laser as a new platform for highly-sensitive refractive index sensing in chemical,biomedical,and environmental monitoring applications,etc.

折反式激光粒度测量方法

激光粒度仪因其快速、非接触等优点被广泛应用于各领域的粒度分布测量,但颗粒散射光的角分布与粒度大小关系复杂。为了获得不同粒度下的相对精度一致,通常会造成粒度分布测量范围小、无法满足宽分布粒度测量要求等问题。根据Mie散射近似的菲涅尔原理,提出采用折反式光路,将颗粒散射信号由分光镜分成两束,经两组组合式镜头和2个光电探测器分别采集透射和反射的散射信号,信号组合后经反演得到颗粒粒度分布,从而提高了可测粒度范围。采用两种标准粒子及其混合物进行了实验,结果表明,单种标准粒子测量结果的体积中位径D50的测量相对误差都不大于7.9%;对混合粒子也能够得到正确的峰值分布。

Determining particle size distribution and refractive index in a two-layer tissue phantom by linearly polarized light

We report a new method for measuring particle size distribution （PSD） and refractive index of the top layer ill a two-layer tissue phantom simulated epithelium tissue by varying the azimuth angle of incident linearly polarized light. The polarization gating technique is used to decouple the single and multiple scattering components in the returned signal. The theoretical model based on Mie theory is presented and a nonlinear inversion method -floating genetic algorithm - is applied to inverting the azimuth dependence of component of polarization light baekscattered. The experiment results demonstrate that the size distribution and refractive index of the scatters of the top layer can be determined by measuring and analyzing the differential signal of the parallel and perpendicular components from a two-layer tissue phantom. The method implies to detect precancerous changes in human epithelial tissue.

变压器油中微水的激光散射测量技术

变压器油中微水是影响绝缘性能的重要因素,为了克服现有检测方法稳定性差、主观性强、使用条件严苛等不足,通过数字图像量化波长为650 nm的激光在油中形成的散射光柱灰度,结合米氏散射和瑞利散射理论特征,利用光强衰减、区间灰度像素统计等手段对比了变压器油的温度、颗粒度和微水含量(水分质量分数)等数据。研究发现:散射光强与微水颗粒的尺寸之间的关系为主导关系,但会受到油温度、颗粒度的干扰;油中温度升高会促使微水含量≤10×10^(−6)的微水颗粒合并为主导,而当微水含量(水分质量分数)>10×10^(−6)时,微水颗粒分解和合并逐渐达到平衡;油微水与光柱呈现明显的指数关系,通过调节数字图像灰度的敏感度,增加像素统计量匹配不同区间微水,可以降低数值波动,并给出了颗粒度和温度线性校准的实例。研究结果表明,所提方法能够实现变压器油中微水含量的测量,可用于油浸式变压器的油中微水检测。

激光散射法测定右美托咪定的粒度分布

目的建立检测右美托咪定原料药粒度分布的方法。方法使用激光粒度分析仪,采用干法检测右美托咪定原料药的粒径。经优化,折射率设为1.56,漏斗池高度设为1.5 mm,遮光度设为3.0%~4.0%,分散气体的压力设为0.8 bar,进样速度设为50%,样品测量时间设为18 s。结果在优化条件下,粒径分布结果的RSD值小于2.0%,数据与电子显微镜扫描结果相似。结论方法操作简单,重现性较好、准确度较高,可用于右美托咪定原料药的粒度测定。

激光粒度分析法测定铁铝酸盐水泥折射率的研究

折射率是采用Mie理论分析激光粒度法测试粉体细度的重要输入参数,然而一些较新材料的折射率却难以获取。本文通过研究激光粒度测试分析中输入折射率与数据拟合残差之间的变化关系确定待测样品的折射率。结果表明,采用该方法测得的样品折射率与资料数据有较好的一致性,用测定的折射率作为输入参数能够获得较好的颗粒分布结果。

双散射角光学粒子计数器的研制

为了实现同时测量气溶胶粒子的谱分布和折射率,研制了一种新的双角度光学粒子计数器(D-OPC),该计数器采用60°和110°双散射角系统对气溶胶谱分布进行测量。利用Mie散射理论定义敏感函数,选取两个最佳的散射角,使其既对折射率敏感又不线性相关。然后,利用气溶胶折射率对两个散射角系统敏感性的差异来反演气溶胶折射率。最后,利用该仪器对大气气溶胶谱分布以及折射率进行实际测量。与TSI公司黑炭仪和浊度计测量的吸收系数和散射系数对比表明,双散射角光学粒子计数器测量气溶胶折射率和谱分布结果合理,测量误差<20%,可以满足同时测量气溶胶粒子谱分布和折射率的需要。

太湖水体秋季散射特性及其相关因素分析

水体散射特性的研究是水色遥感和水生态学研究中重要的组成部分.通过对2007-11-08至2007-11-21在太湖获取的水体固有光学属性和室内水样分析数据的分析,研究太湖水体散射特性及其相关因素.结果表明,太湖水体散射系数与波长之间存在幂函数递减规律,平均幂指数为-0.82±0.21,变异系数为25.39%;粒径分布斜率与幂指数以及散射系数ln(550nm)/ln(756nm)之间存在线性相关,R2分别为0.894和0.783;后向散射率与无机悬浮物浓度之间指数负相关R2=0.854;折射指数与无机悬浮物浓度和无机物与有机物的比例之间指数负相关,R2分别为0.851和0.781.

激光粒度分析中颗粒折射率的确定方法

随着粉末冶金技术的发展,金属颗粒粒度分析越来越受到关注,激光法是粒度分析中较常用的方法。比较了Mie散射理论与Fraunhofer衍射理论模型选择对颗粒粒度测试的影响。对于粒度较大颗粒,可以不考虑颗粒的折射率,使用Fraunhofer理论。而对于亚微米小颗粒,应选择Mie理论,需要提供颗粒与分散介质的折射率。并讨论了待测颗粒折射率实部与虚部的确定方法。

激光散射法测定粒径的样品处理方法

研究分析了激光散射法测定纳米 Fe3 O4粒子粒径和粒径分布时样品处理方法与结果的关系 ,并得出样品处理的最佳方法 :稀释度一般控制为 0～ 3倍 ,超声波破碎时间为 (10 0 W) 2～ 3min。

一种动-静态光散射颗粒折射率测量法

提出一种动静态光散射颗粒折射率测量方法.该方法分为三部分,一部分是用动态光散射技术测得颗粒样品的线宽分布函数,然后将此线宽分布连同一组折射率值代入静态光散射公式推算出不同折射率值下的散射光强空间分布;第二部分是用光电探测器测出实际的散射光空间分布;第三部分是将不同折射率下的推算值与实测值做均方偏差运算以做比较,取均方偏差最小时所对应的代入折射率值作为颗粒折射率的最终测量值.此方法对样品的分散度无要求,适用于微米到亚微米级的颗粒物.

大亚湾水体后向散射比率的光谱变化

采用2007年5月大亚湾浮标定点航次采集的生物-光学数据,分析了大亚湾水体后向散射比率的光谱变化及其影响因素。分析结果表明,660nm处后向散射比率变化范围在0.0040—0.0245之间,均值为0.0082±0.0032,实测后向散射比率光谱波段间的相对变化不超过15%;颗粒后向散射比率随着叶绿素a浓度增加呈减小的趋势,高叶绿素浓度显著对应较低的后向散射比率;粒径是影响大亚湾水体后向散射比率的重要因素之一,随着水体中Junge粒级斜率的增大,颗粒后向散射比率显著增大;折射率的变化也对后向散射比率产生一定影响,类似的水体粒径分布情况下,浮游植物与非藻类物质相对贡献的变化将导致折射率的明显变化,并将主导水体后向散射比率的变化。

烟雾浓度及粒径的激光探测实验研究

烟雾是火灾的前兆和伴随产物 ,是火灾过程中的重要物理现象。烟雾浓度和平均粒径是烟雾的两个重要特性参数 ,是早期火灾探测的基础。本文对激光与烟雾相互作用进行了具体分析 ,提出了一种基于激光消光法和角散射法 ,同时探测烟雾的浓度和平均粒径的方法。本方法可用来进行早期火灾的探测报警 ,能克服传统的光电感烟探测技术存在的缺点 ,大大提高火灾探测的可靠性和灵敏度。

微粒直径及直径分布的激光测量技术

本文较全面地介绍了微粒直径及直径分布的激光测量技术。详细讨论了光全散射法、光角散射法、衍射法及激光脉冲全息法的测量原理、适用范围及其发展。研究结果表明，光学法测粒具有测量粒度范围广、重复性好、精度高、不接触样品。

激光粒度测试结果影响因素分析

针对目前市面上激光粒度仪品牌、型号众多,但激光粒度测试结果差异较大的现象,以清华大学研制的球形石英粉标准样品为测试样品,使用不同厂家的激光粒度仪,通过激光散射法,对比不同复折射率下的检测结果,探究激光粒度测试结果的影响因素。研究发现,针对同种样品、不同厂家的激光粒度仪检测结果偏差较大。折射率与吸收率对粒度检测结果有较大影响,折射率的影响比吸收率的影响大,但随着吸收率增大可以逐渐抵消折射率的变化给粒度检测结果带来的波动,使检测结果趋于稳定。通过寻找拟合残差与粒度检测结果之间的变化规律,发现残差值越小,理论散射光强与实际检测光强的偏差越小,检测结果越趋于一个较稳定的值,但对比发现目前激光粒度测试用户根据残差值判断待测样品折射率的方法并没有可靠的依据。通过比较不同样品的最小残差值,发现同种样品的不同粒度区间对应的折射率与吸收率不同,从而证明粒度检测行业内以每种物质固定的折射率和吸收率来进行粒度测试的方法缺乏实际依据。

基于散射原理的激光粒度测试仪研究

颗粒在工业和科学研究中涉及的领域非常广泛,常用的颗粒粒度及其分布的测试方法中,激光散射法具有测试精度高、测量速度快、重复性好、可测粒径范围宽等突出优点。为提高测量精度,通过对无模式反演算法的研究,提出了一种改进的独立模式粒度反演算法,并设计了光学系统和环形光电探测器,开发了粒度测试分析软件,实现了基于散射原理的激光粒度测试系统。实验结果表明,所提出的算法有效地提高了测量精度,降低了测量的重复误差。

纳米粒子大小及其分布检测方法的研究现状与发展

介绍了几种具有代表性的纳米粒子检测方法,就其应用领域和测量范围比较各自的优缺点。重点讨论了激光衍射和光散射这两种测量纳米粒子大小及其分布的方法,总结其最新发展动态,指出这两种方法对纳米粒子测量和纳米粒子产业的重要作用。

激光粒度分析仪的关键技术及研究进展

激光粒度仪采用光散射原理测量颗粒的尺寸及其分布,可实现从亚纳米到微米测量范围的全覆盖。针对激光粒度仪的研究与应用热点,对光散射理论、测量技术、分形理论和传感器的优化设计等方面进行了深入的文献研究。阐述了静态光散射法和动态光散射法的原理及其适用条件;总结了国内外激光粒度测试技术研究的进展;分析了主要激光粒度仪产品的关键技术和性能指标。研究结果表明,激光粒度分析仪设计的关键技术是光学对中技术、激光检测器的优化设计及仪器校准技术、样品分散技术;激光粒度仪的发展趋势是测量准确度的提高、复杂信号的处理能力的增强,仪器设计的智能化和模块化水平的提高;最后指出了我国国产激光粒度检测仪发展的三大优势。