有核细胞的弹性光散射模型

提出一种新型的同心椭球构成的同心椭球（CEM）模型来模拟有核细胞,以瑞利-德拜-甘斯（Rayleigh-Debye-Gans）近似理论为基础,对细胞内不同部分的传播常量加以修正,用该模型代替球系列模型,研究其光散射特性。结果表明同心椭球模型更精确地反映了非球形有核细胞光散射的真实情况,同时其前向、侧向及后向光散射精细谱的呈现,可以在庞杂的细胞中辨别不同的细胞类型,较好的应用于细胞的变形性研究和细胞分类研究的领域。     

光学应用 光学生物学应用

Q632006010797细胞形体和胞质厚度变化对光散射法测量细胞大小分布的影响=Influencing upon light scattering for variety ofcell′s body and cytoplast′s thickness in measurement oftheir distribution[刊,中]/王亚伟(江苏大学理学院.江苏,镇江(212013)),蔡兰…∥中国激光.—2005,32(9).—1300-1304针对真实细胞与细胞球形模型在实际光散射法检测中的差异,根据细胞的类别特征,建立了有核细胞的双椭球模型取代了细胞的球形模型;引入形体参数物理特征量和胞质厚度特征参数,以瑞利-德拜-甘斯(Rayleigh-Debye-Gans)理论为基础,系统讨论…     

基于小波分析的气泡光散射空间谱强度分布的高斯拟合算法优化

将小波消噪方法应用在采用CCD器件作为光传感器的尾流气泡光散射空间谱强度分布检测技术中, 发现CCD输出经过消噪后的高斯拟合曲线比其直接进行高斯拟合的结果更逼近实际的气泡光散射谱强度分布,可以有效减小测量误差,使高斯拟合算法得以优化,从而解决了CCD饱和与测量噪音对散射谱强度分布半值宽度和峰值的影响,提高了用气泡光散射谱强度分布判断水中气泡存在和气泡大小的准确度.     

动态光散射研究纳米级PBA/PMMA核壳颗粒的散射特性

运用动态光散射仪研究PBA(聚丙烯酸丁脂)为核,PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)为壳的核壳双层结构颗粒的角度散射光,并通过测量得到的粒径分布进行理论计算,结果表明:测量结果与理论计算结果总体趋势一致,但在前向散射和后向散射两者相差较大,主要由于动态光散射仪测量粒径分布时反演算法剔除占比例很小的大颗粒造成的.     

角分辩的光散射轮廓及自仿射分形表面的粗糙指数的实验研究

建立了反射式随机表面的光散射特件实验测量系统,利用多幅平均及叠加连接的方法,得出入射角在45°～85°之间不同值时的光散射轮廓.结果表明,随着表面入射角的增加,光散射轮廓的半峰全宽逐渐减小.并且当入射角的增加到一定值时,光散射轮廓出现中央亮斑.由数学上的对称F降函数,推导出光散射轮廓的半峰全宽随散射光波矢的变化关系,从实验测得角分辩的的光散射轮廓中提取了自仿射分形随机表面的粗糙指数.与原子力显微镜测量得到的粗糙指数进行比较,两者符合得很好.     

一种消除角度响应影响的多波束声强数据自适应改正方法

针对多波束反向散射强度(Backscatter Strength,BS)数据在采集过程中受到声学散射机理而产生的角度响应(Angular Response,AR)影响,而目前声学硬件方面尚未完美解决且现有后处理改正方法在复杂海底底质环境下适应性较差,尤其在高入射角区域的改正效果甚为不理想的问题,为此,给出了一种基于散射强度的自适应角度响应改正模型。首先获取连续脉冲(Ping)平均散射强度数据的角度响应曲线;其次使用高斯拟合方法对角度响应曲线进行平滑拟合处理,进而对其解算二阶导数提取角度响应模型改正参数;最后给出顾及高入射角区域的单Ping反向散射强度数据的分段处理改正模型。实验结果表明,该方法与传统方法相比,整个发射扇区散射强度平均偏差精度约提高30V,尤其在影响较大的高入射角区域,平均偏差精度约提高40V,并且该区域的标准差精度也提高了近30%。该模型较好地解决了多波束在非正射情况下获取海底精准散射声强的问题,削弱了声波散射机理的影响;同时也解决了散射强度过渡不均衡、中央波束区域改正异常等问题。因此,提高了多波束反向散射强度的可靠性,可以真实地呈现出海底实际的地貌。      

微波布拉格衍射实验中木板影响的探索

在微波布拉格衍射实验中,测定(100)面与(110)面入射角与衍射强度变化关系,可以验证衍射极大值随入射角变化的过程是否满足布拉格定律.实验证明,对于(100)晶面族,选取不同面作为散射点阵面时,测量结果有差异,引起这一差异的主要原因是木板的影响,测得其影响系数为0.66～0.70;而对于(110)晶面族,选取入射时有木板或出射时有木板的面作为散射点阵面,测量结果基本相同.     

白光在LiNbO3∶Fe晶体中写入的任意折射率分布光波导

在理论分析LiNbO3∶Fe晶体中光致折射率变化分布与写入光的强度分布之间关系的基础上，提出了一种在该晶体中写入具有任意折射率分布光波导的新方法.利用由白光经电寻址空间光调制器得到的强度分布不同的片光辐照晶体，分别写入了折射率呈误差函数分布和平方律分布的光波导结构.采用干涉法测量了晶体中的光致折射率变化，并用推导出的折射率变化分布解析表达式很好地拟合了测量数据.实验结果表明，该方法是可行的.利用白光光源结合高分辨率的空间光调制器有望在多种光折变材料中制备出具有任意折射率分布的高质量光波导.     

小球藻细胞群散射相函数的实验研究

能源微藻的辐射特性参数是进行光生物反应器内局部光环境分析、微藻生长及产量预测所依赖的基础物性参数。本文使用自制光散射测量实验台对3种小球藻细胞的散射相函数进行了实验研究,并使用Henyey-Greenstein散射相函数对其进行了参数拟合以方便实际使用。研究表明:所研究的3种小球藻细胞的散射相函数随角度的变化趋势相同,具均有很强的前向散射特性,不对称因子约为0.99,Henyey-Greenstein散射相函数模型可以作为小球藻细胞真实散射相函数的一个很好的近似。     

微粒形体特征概率分布函数的光散射频谱分析法

针对微粒(包括生物微粒)光散射测量中微粒形体对测量结果的影响以及形体分布不能实时测量的问题,本文根据光散射测量原理,从微粒群的统计性出发,对散射脉冲的脉宽、脉峰分布及其与微粒大小和形体分布物理动态特征的相互关系进行了系统的分析,得到了微粒形体、微粒大小分布与其散射谱分布的特征关系,提出了等值概率面积确定法则,并据此建立了一种实时由散射谱一体分析获取微粒形体特征分布的方法,得到了较好的实验验证,由此可有效地修正因微粒形体变化而对测量精度的影响,从而为粒度分析仪以及以光散射原理为测量理论的流式细胞仪技术的提升提供了有力的基础。     

DOP气溶胶浓度的光学检测

为了保证高效过滤器良好的工作性能,对广泛应用于高效过滤器效率及现场检漏的邻苯二甲酸二辛酯法进行了分析,并针对邻苯二甲酸二辛酯气溶胶浓度的光学检测理论进行了归纳总结.在Mie氏散射理论基础上,获得了在发特定气溶胶情况下,散射光强与被测粒子浓度的数学模型.在此理论模型下,设计制作了检测光学模组,并对其进行了测试.实验表明,理论模型合理,散射光强度与其质量浓度具有良好的线性关系.     

雾滴粒子群的偏振特性研究

根据Mie散射理论,基于一次实测资料拟合得出雾滴谱分布,计算了雾滴粒子群的散射相函数矩阵,揭示了不同波长的雾滴粒子群对入射激光的散射偏振特征。结果表明：激光散射强度随散射角的增加呈现先减小后增大的趋势,且波长越小散射光强分布越集中;波长越大,偏振度随散射角分布越平滑,反之分布震动则越剧烈;各波段偏振度随散射角增大的分布趋势大致相同,关键散射角随波长的减小向增大的方向偏移。     

高功率激光传输过程中散射点对光束质量的影响

为了研究高功率激光传输过程中不透明颗粒引起的光束调制,通过分析这些不透明颗粒的形状和分布特点,建立了位置呈随机分布的高斯状散射点模型,从光束的衍射理论和干涉叠加理论出发,得到该模型下散射点对传输光束质量影响的解析式。数值分析了高斯状散射点的大小、密度、散射面积比及其传输距离对输出光束的近场分布、位相分布和光束透过率的影响,结果显示亚毫米量级散射点的衍射效应引起最大调制可达1．4,光学元件散射面积比小于0．003时才能满足元件透过率大于99．5％的需求。该结果可用于评价高功率激光装置光学元件的加工状况,并对光学元件加工要求和激光装置的洁净度要求有指导意义。     

球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究

研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性. 根据广义Mie理论, 推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式. 针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真, 讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的变化特性, 并通过散射系数解释了散射强度分布的振荡现象. 结果表明, 在聚焦拉盖尔-高斯光束照射下, 球形粒子的后向散射强度随着粒子半径的增大而逐渐增大; 后向散射强度开始增大时对应的粒子半径与拓扑荷有关. 通过与高斯光束的对比, 可以看出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射特性的差异, 使其在粒径测量、光通信和大气后向散射探测等方面具有潜在应用价值.     

随机取向双层椭球粒子偏振散射特性研究

基于T矩阵方法,给出了随机取向、轴对称、含核椭球粒子的散射计算方法.散射体的核和外壳均可为非球形粒子,整个粒子具有轴对称性.以含核椭球粒子为模型,计算了含有吸收性内核(黑炭,black carbon)的水凝物气溶胶的散射特性,分析了核的大小、形状对消光系数、散射系数、吸收系数、不对称因子、单次散射反照率以及Muller矩阵等的影响. 关键词： 光散射 T矩阵 Muller矩阵 椭球粒子     

光学厚度对颗粒媒质的多重散射的影响

基于辐射传播方程及多重散射基础理论,利用Fraunhofer近似,对颗粒媒质的多重散射光强进行了计算。研究了光学厚度对多重散射的影响,揭示了多重光散射的角分布特征,光强大小随光学厚度的变化,以及单散射引起的误差等方面的规律。为实际的颗粒媒质的光学测量等提供了理论根据。     

雷达波段内磁性吸波颗粒光散射特性分析

针对目前在微波雷达隐身技术中广泛运用的吸波材料颗粒,根据米氏(Mie)散射理论对磁性吸波颗粒在雷达波段内的光散射特性进行了数值模拟和计算分析.在Mie系数中引入磁导率变量,分别计算了磁导率、折射率及颗粒粒径等参数对吸波颗粒光散射特性的影响;同时对比分析了磁性与非磁性吸波颗粒的散射光强、散射系数、吸收系数等散射特性规律.数值计算结果表明,颗粒磁特性的变化对其散射性能造成影响,磁导率的增大将使颗粒的吸收性能增强而后向散射强度减弱,有利于吸波颗粒雷达散射截面的减小,同时磁导率变化对颗粒散射特性的影响受到复折射率的制约.     

椭球模型下通过雾场的多重光散射谱

由于雾滴的非球形、多重散射特性以及几何光学效应,光通过实际雾场的散射问题成为一个研究难点. 建立了近于实际的椭球雾滴模型,考虑光的衍射、透射及反射特性后,利用辐射传播方程得到了在不同的雾滴大小分布 及不同的雾滴形状分布下通过雾场的多重散射光强公式.在两种特例下与已有的结果较为相符,说明了方法的可靠性. 计算表明:与随机取向的非球形颗粒场的散射谱呈圆形特征不同,通过椭球形雾滴场的散射谱呈椭圆特征, 不同方位角的散射光强角分布有所差异,雾滴的形状因子越接近于1,差异越小;与单散射不同, 散射谱中的条纹随光学厚度增大逐步消失;对于不同大小分布及不同形状分布的雾滴场, 在不同方位角及不同观察角的散射光强随光学厚度τ的增加总是先增大再减小,光强的极大值位置在τ = 1.0---3.0 范围内.计算同时还表明,由于多数情况下实际雾场的雾滴大小偏差较大, 因而通过雾场的散射谱将呈现以中央亮斑为中心向四周弥散的图样.     

A study of light scattering of mononuclear blood cells with scanning flow cytometry

This study describes the measurement of light scattering of human mononuclear blood cells, the development of an appropriate optical model for those cells, and solution of the inverse light-scattering problem. The angular dependency of light-scattering intensity of mononuclear blood cells was experimentally measured by means of scanning flow cytometry. A sphere consisting of several concentric homogeneous layers with different refractive indices was tested as an optical model for mononuclear blood cells. A five-layer model has given the best agreement between experimental and theoretical light-scattering profiles. The inverse light-scattering problem was solved for a five-layer model with an optimization procedure that allows one to retrieve cell parameters: cell size relates to the outer diameter of the fifth layer; size of the nucleus relates to the outer diameter of the third layer. Mean values of cell size, nuclear size, refractive indices of nucleus and cellular cytoplasm were determined for blood monocytes and lymphocytes.     

测量气溶胶单粒子折射率方法研究

设计了一种粒子计数器,它可以测量粒子的动力学粒径和两个散射角下的散射光强度,而粒子的散射强度可以根据Mie散射理论从光学等效粒径和粒子折射率出发计算出来。当可以近似认为动力学粒径与光学等效粒径相同时,利用上述测量结果可以反演计算单个粒子的折射率。