基于离轴抛物面反射镜的微小颗粒背向弹性散射光谱多角度测量研究

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研究微小颗粒的结构信息具有重要的理论意义和实用价值,其应用领域涵盖了从材料学到医学,从工业生产到生态研究等多个领域。在诸多获取微小颗粒结构信息的方法中,光散射技术脱颖而出,得到了重视和发展。  利用光散射技术获取微小颗粒的尺寸信息的方式有很多,本文在总结目前存在的常用测量技术的优缺点的基础上,提出利用离轴抛物面反射镜结合线列光纤多角度获取微小颗粒的背向弹性散射光谱的方法。该方法在实现多角度获取颗粒的背向弹性散射光谱的同时还具有散射角定义准确,信噪比能够保证的优越性。  本论文的研究主要包括Matlab数值计算,Zemax光路模拟以及实验,具体内容如下:  1.介绍用于球形微米颗粒的光散射特性计算的Mie散射理论,在对已有的Matlab程序进行扩充的基础上实现微米颗粒的散射光谱的数值模拟计算。  2.通过原理分析和实验验证,验证光纤探头测量方法具有信噪比高但测量光谱不准确的特征,而透镜系统测量方法具有测量准确但信噪比不高的特征。  3.利用Zemax光学分析软件建立离轴抛物面反射镜系统模型,从像差理论出发分析离轴抛物面反射镜的聚焦特性和主要像差。  4.设计利用抛物面反射镜和线列光纤实现多角度获取颗粒的背向弹性散射光谱的实验装置,利用该实验装置获取平均直径为4.955μm,456.4 nm两种颗粒的多角度背向弹性散射光谱,并用Mie散射理论模拟结果与实验结果进行对比。
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