[发明专利]浑浊介质多参数光谱测量方法及测量系统

说明书

浑浊介质多参数光谱测量方法及测量系统，包括有产生入射样品的入射光束的依次设置在光路上的光源单元、对入射光束的强度进行调制和分光的光调制与分光单元、获得设定光束面积和功率分布的入射光强探测装置和光路反射镜，光路反射镜的反射光构成入射光束，以及分别接收来自于样品、透过样品皿的漫反射光、漫投射光和前向散射光的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器，入射光强探测装置、第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器的信号输出端分别连接对接收的信号进行放大、滤波和模数转换的信号处理单元，信号处理单元的输出端连接用于系统控制、数据处理的控制计算单元的信号输入端，控制计算单元分别连接光源单元和光调制与分光单元的控制端。

技术领域

本发明涉及一种浑浊介质多参数光谱测量。特别是涉及一种无需积分球装置和无需测量衰减系数、只需制备一个样品即可准确测量由吸收系数、散射系数和各向异性系数组成的浑浊介质多参数光谱测量方法及测量系统。

背景技术

浑浊介质材料具有较强的光散射特性，涵盖包括生物组织在内的许多材料，如牛奶、葡萄酒、合成材料、细胞样品、血液、皮肤、环境污水和污染气体等，浑浊介质特征参数光谱的测量研究在材料研究、食品检验、环境监测与临床诊断等领域内具有广泛的应用，为光学领域内的重大基本科学问题之一。浑浊介质材料内部存在微粒或折射率非均匀结构(微米尺度量级)，显现较强的光散射特性，而其材料分子结构的差异(纳米尺度量级)造成光谱区域内较大的吸收特性差异，因而其光谱含有丰富的材料特征信息。

准确测量可描述浑浊介质材料光学特性的多个参数(以下简称为多参数)及其光谱数据为一隐式光散射逆问题，其求解需要建立于对浑浊介质材料内光散射机理与能量传输过程的准确描述基础之上。目前认为可准确描述光与尺度远大于波长的浑浊介质样品相互作用的模型为辐射传输理论。根据该理论，光能量在浑浊介质材料中的传播可由下述稳态、单一能量、无源的辐射传输方程描述：

其中L(r,s)为在位置r、沿单位向量s方向传播的光辐射度，μ_a为材料吸收系数，μ_s为材料散射系数，p(s,s’)为材料散射相函数，dΩ’为单位向量s’方向的立体角积分微元。上述浑浊介质材料的多个光学参数μ_a、μ_s和p(s,s’)均为波长λ的函数。与其他近似理论模型如Kubelka-Munk近似和光扩散模型相比，辐射传输理论描述光在浑浊介质材料中传输过程和能量分布的准确性较高，本发明根据该理论对浑浊介质材料内的光传输过程和能量分布进行仿真计算。