微小颗粒悬浮液的单次散射和漫散射光谱特性分析

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在生物医学领域，微小颗粒悬浮液常用来模拟生物组织。研究微小颗粒悬浮液对光的单次散射特性和漫散射特性对获悉颗粒特征和光在介质中传输规律具有重要意义。在通常的单次散射光谱技术中，一般需要对颗粒溶液进行稀释处理，针对如何测量原始浓度的颗粒悬浮液的单次散射信息和漫散射信息，本文提出一种基于偏振弹性散射光谱技术的实验方法，采用偏振光入射，根据散射光的偏振态不同分离出颗粒的单次散射信息和漫散射信息。
　　漫散射信息对应光在介质中的多次散射和吸收过程，漫散射光程通常大于直线空间距离。根据已有研究，当固定光源-探测点距离时，光在均匀介质内传输路径呈香蕉型，不同角度出射的漫散射光对应不同的传输深度。针对平均程长与漫散射光角度的对应关系，本文进行了实验验证和蒙特卡洛模拟。
　　本文首先设计了基于共轭离轴抛物面反射镜多角度获取单次散射光谱的实验系统，对稀释过的微米颗粒悬浮液进行多角度光谱测量并与 Mie散射理论进行对比。然后基于偏振弹性散射光谱技术设计了一个共轴笼式光学系统，对原始浓度的微米颗粒溶液进行不同偏振态的光谱测量。从分离得到的单次散射光谱分析颗粒尺寸，然后在颗粒尺寸已知的条件下分析漫散射光谱得到颗粒数浓度。最后基于共轭离轴抛物面反射镜系统获取了原始浓度的纳米颗粒悬浮液不同角度的漫散射光信息，根据吸收光谱计算得到不同角度的漫散射光对应的光子平均迁移程长，并与蒙特卡罗模拟结果进行对比。
　　通过偏振弹性散射光谱实验分析得到的颗粒的尺寸和浓度信息较为准确，该方法有望应用于颗粒溶液产品的在线实时检测；本文通过实验与蒙特卡罗模拟对不同角度的漫散射光信息与平均光程长对应关系的定性分析，为生物医学光学临床应用中多角度的漫散射光探测提供了实验基础，有望应用于癌细胞检测领域。

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作者
陈伟康;
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作者单位

南开大学;

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授予单位南开大学;
学科光学工程
授予学位硕士
导师姓名方晖;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类光、激光生物医学;吸收与散射;
关键词
颗粒悬浮液; 光谱特性; 散射特性; 偏振光入射; 纳米颗粒; 生物医学检测;

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