6. 积分球技术测量组织光学特性参数的理论与技术

积分球技术测量组织光学特性参数的理论与技术
朱
2
积分球反射与透射测量原理
双积分球测量原理
积分球测反射与透射的方法
组织光学特性参数的计算
误差来源 典型积分球系统
主要内容
3积分球反射与Lambertain
表面
不管光源以怎样的照
明分布照射此表面，
它将接收并反射所有
的入射照明，从所有
视场方向上观测都能
得到相同亮度，表面
不吸收任何入射光。

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积分球反射与透射测量原理
的探测器第一次探测到的光为
mP
A δ
mP
α
，那么第一次反射的光入射到探测器后将会有部分光被反射，到达球壁及样品上的光同样会被反射。

探测器、样品及球壁上反射出来的光功率mPF
mP =A
s R d
一次一次反射在探测器上产生的辐射功率为
δ
……………. 1−n
mPF
A
无数次反射后探测器收集的光功率为P d
)......1++−F ()()]
P A r A s R m d δ
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准直入射
规则反射
漫反射
当规则反射的光入射到球壁时（如入射光不是垂直照射到样品上），在球壁上产生的漫反射为P R c P
R cd P
mR c
光源相当于样品的规则反射光与漫反射光的总和，探测器上所收集到是多次反射的()()]P A r A s R mR d cd c δ++
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透射测量
P
T d cd T P
c m T P
′
当漫射光入射到样品上时，探测器上所探当准直光入射到样品上时，探测器上所探)()P
A r A δ′′′′+⎤⎦
()()cd c
d T m T P
R s A r A δ′+′′′′+⎤
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双积分球测量原理
漫入射
准直入射
s r A A δ⎞+⎟
⎠m
P
A F
=11
d s s m
T P P
A F A F A F
δδ′′=
=
′′
′′11s d s s P T P A F ′=′′
s P V
m
A P s =
1211
d d s sm P T P A F δδ′==
P
T T ′
−P
T T V ′
−11
V
T d
s T =
′
)]
P
T T m cd )
′−+()]
P
T T V mR R T c cd c )
1(′−′++
第三种漫射光源：首次照在样品上的准直光，它通过样品进入到透射球中，而其中的一部分光又通过样品返回到反射球内．
P T cd P
T m c ′)P T m V A c cd ′+′
挡板放在球内样品与探测器之间，从而可避免样品上的规则反射光直接照在样品上。

可忽略来自样品的规则反射项
19
反射率与透过率的测量方法
准直入射能获得更准确测量值 样品测量前－－－校准
暗噪声的测量 杂散光的测量
标准样品的测量
样品测量
单积分球—分别测反射与透射
双积分球—同时测反射与透射
reflectance standard
detector
baffle
beam blocked
Vn
暗噪声
标准样品
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单积分球的反射与透射测量
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双积分球的反射与透射测量
ref
co
T V
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双光路－积分球系统
ref
co
T V co ref c c T V V V V T //=
refro V /refdo
to ref
td V V V V T //=
26组织光学特性参数的获取
反向倍增法(Inverse Adding-doubling method----IAD)
蒙特卡罗逆向算法（IMC）
(Adding-doubling method----AD)(Inverse Adding-doubling a
s s μ+()
a s d μμ+
ν′, ν) T(ν′,
法计算反射率和透射率
测量值与计算值比较
不满足精度
结束
得到光学特性参数
d
a τ′′−=
)1(
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误差来源与分析
样品侧漏被默认为吸收
A Loss A IAD +=
T issue optical lgorithm
properties m ua
m us g
E rror
0.25
mua (mm -1)0
0.05
0.10.150.20.25
100110
120
130
mua (mm -1)
A I A D /A 0 %
d=0.9mm
0.150.20.25
1)
100110
120
130
A I A D /A 0 %
g=0.9
(c)随吸收系数与散射系数的变化
0.05
0.150.20.25
mua (mm -1)
0.25
0.05
0.10.150.20.25
01
2
3
mua (cm -1)R e l a t i v e E r r o r o f m u s p %
d=0.9mm
0.150.20.25
mua (mm -1)
010
20
30
R e l a t i v e E r r o r o f m u a %
g=0.9
mus=2 mm -mus=4 mm -1mus=8 mm -1mus=16 mm -1mus=24 mm -1
mus=16 mm -1mus=24 mm -1
(c1)(c2)(e1)
0.10.150.20.25
mua (mm -1)
0.20.25
0.05
0.10.150.20.25
0510152025mua (mm -1)
R e l a t i v e E r r o r o f m u a %
g=0.9
0.10.150.20.25
mua (mm -1)
01
2
3
R e l a t i v e E r r o r o f m u s p g=0.9
(f2)
(i1)
(h2)
35 IAD算法的适用性
理论（假定测量无误差）
g<0.94，否则程序不收敛
弱的吸收与散射，误差较大
实验
光学厚度：1-10
反照率：0.4-0.95
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IAD 算法的适用性
合理的积分球设计、样品制备提高IAD
算法的准确性
球直径（球－小样品口）
样品厚度
37用于组织光学参数测量的积分球系统 单积分球系统
双积分球系统
单积分球结合光谱测量系统
38
双光路－积分球系统
39
40
42
Lambda 950
介绍
43
Lambda 950
的构造与原理
44Lambda 950
的光路图
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特点
波长：175~3300nm （185nm 以下需氮气吹扫）
主机 双光束、双单色器、比例记录并由计算机控制 光学系统 SiO 2保护层的反射光学元件
全息刻线密度：
紫外/可见—1440条/mm 近红外—360条/mm
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特点
分光系统
四区分段扇形信号收集的斩波器技术 波长精度最高达0.08nm
采用预校准并可自动切换的碘钨灯与氘灯 紫外/可见：R6872-PMT
宽大的样品仓
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特点
稳定性好、基线平直度高、杂散光极低 仪器及其稳定、经久耐用。

线性范围宽
<0.005nm
0.003A <0.00008A <0.0002A/h
0.0008A <0.00005A
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功能强大且易用的UVWINLab
Windows 运行环境
数据采集
光谱扫描
时间驱动
多波长测定 定量分析
记录、处理及储存光谱数据 仪器校验、控制及附件控制 试验报告生器
50特点
软件控制 光束遮挡器---小样品 参比及样品光束衰减器---单光子 无需平滑原始数据---最佳信噪比。