Способ измерения функции распределения фотонов по пробегам в светорассеивающих средах

аоесоеэнлв иГ тОит но-тех ничеснмя 3 6 лблиотенв МБ.".Союз Советских Социалистицеских РеспубликОП ИСАЙ ИЕИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(43) Опубликовано 05 осударственныи комитетСовета Министров СССРоо делам изобретенийи открытий(45) Дата опубликования описания 06.04,77(71) Заявител Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской ССР СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИ ФОТОНОВ ПО ПРОБЕГАМ В СВЕТОРАССЕИВАЮЩИХ СРЕДАХ 2Изобретение относится к физической оптике, светорассеивающих о для анализа струкной неоднородности, или других центров 5 ассеивающей способ.тей рассеяния света,непри. еделяственно к оптике реимущ реди мо жет быть использованды (ее пространственации и типа частицпоглощательной и р туры сре концентр ассеяни ости) и ения закономерно анного с ндирующегов масштабеформа котоцию, для извод и атмос 25 Известен способ измерения функции распределения фотонов по пробегам в светорассеиваюитих 10 средах, Он основан на зондировании мутной среды коротким световым импульсом длительностью Ь 1 порядка 10сек и осциллографической регистрации в масштабе времени т интенсивности рассеянного ею излучения. Переход к длинам пробега е, осуществляется по формуле :7Фгде Ч - скорость света в среде 111. Известно также использование уксоба, состоящего в посылке в среду зимпульса и последующей регистрацивремени рассеянного средой импульсарого характеризует измеряемую функучения структуры чистых океанскихферы 21,Недостатком этого спосооа является его меннмость к сльномутным средам, что опр1ется условем в 1- где с - показатель ослабления среды,Посколы,у минимадьныс длительности импульсов., создаваемых лазерами с модулированной доб. ротностыо, имеют порядок 1 О - 10 сек (лазерый 9пикосекунцпого диапазона и особенно техника регистрщислабых импульсов такой длительности в насдоящее время несовершенны), то зто соответствует Я порядка 0,1 м и меньше. Указанные значения показателя ослабления как раз и реализуются люш в достаточно прозрачных средах.Целью изобретения является расширение диапазона измереня оптических характеристик в сильномутных средах, какими являются, например, живая ткань, растительный лист, кровь и другие биологические объекты, снежный или земляной покров, бумага, порошок и т.д.Поставленная цель достигается тем, что в исследуемую среду посылают зондирующий импульс с известной длиной когерентности, получают интерферениионную картину с помощью двухлучевого интерфераметра. изменяют длину оптического пути в опорном канале интерферометра так, чтобы полу 54212 Ьчить 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 распрост. раняется от источника в виде параллельного пучка. Длина когерентности этого излучения характеризуется длиной цуга о элементарного акта высвечивания источнлка, Он подвергается многократно. му 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 пуг, длина которого 8 значительно больше с, Амо илитуда 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,Измерение 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 областивзаимодействля переменную (по поверхности) компоненту, получают значения амплитуд, которые будут пропорциональны части 1 рассеянного цуга, затем части 2 у т.д, График амплитуды переменной компоненты, измеренной в зависимости от оптичес 20 сд 30 40 кой длины пути с точностью до постоянного множи тел я, будет соответствовать профилю искомойфункции распределения фотонов по пробегам. Используя источники с различной длиной когерентности и воспользовавшись известным соотношением между длиной когерентности с, и степенью монохроматичности Я /Ь л,2где Л - средняя длина волны излучения;Ы - спектральный интервал излучения,можно найти, что полуширина измеряемойфункции распределения при Л = 0,5 мкм и ЛЛ = 250 нмокажется равной (10 - 100) Г== (10 - 100) мкм.Если взять Ь Л =2,5 нм, то С = (1000 - 10000) мкм.Соответствующее временное разрешение оказывается равным (3.10- 3,10 ) сек.Использование предлагаемого способа измерения функции распределения фотонов по пробегам в светорассеивающих средах позволяет существенно расширить класс дисперсных сред (преимуществен. но 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 изобретенияСпособ 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 ичающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения оптических характеристик в сильномутных средах, получают интерференцион. ную картину с помощью двухлучевого интерферометра, изменяют длину оптического пути в опорном канале интерферометра так, чтобы получить интерференцию для каждого дискретного отрезка зон. цирующего импульса в исследуемой среде и регистрируют переменную компоненту интерференционной картины, как функцию разности оптических путей.Источники информации, принятые во вниманиепри эк сне ртизе: 1. Иванов А. П, "Оптика рассеивающих сред"Минск, 1969, 505, 2. "Журнал прикладной спектроскопии", 1972,17, вып, 2,340 (прототип).542126 г Составитель Н. РешетниковРедактор И. Тимофеева ТехредМ. Ликович Корректор Т. Чаброва аказ 5957/2 П а Совета Мини бретений и открь Ж - 3 ушская наб Филиал ППП "Патент", г. Ужго, ул. Проектная, 4 Тираж 1029НИИПИ Государственного комит по делам и13035,Москва сное стров СССР