Определение оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции.
Заказать уникальную курсовую работу- 2323 страницы
- 9 + 9 источников
- Добавлена 01.02.2007
- Содержание
- Часть работы
- Список литературы
- Вопросы/Ответы
1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ НАУЧНЫХ РАБОТ (ИСТОЧНИКОВ) ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ПЕРЕОТРАЖЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ВТОРИЧНОЙ ФЛЮОРЕСЦЕНЦИИ ………………
4
2.ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ПОСТАНОВКИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ РУКОВОДИТЕЛЕМ ЗАДАЧИ В КУРСОВОЙ РАБОТЕ ……………………………………………….
12
3.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЛЕЖАЩИЕ В ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННОЙ ЗАДАЧИ ………………………...
15
4.СУЩЕСТВУЮЩИЕ НА ДАННЫЙ МОМЕНТ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В СРЕДЕ, В ТОМ ЧИСЛЕ И С УЧЕТОМ ВТОРИЧНОЙ ФЛЮОРЕСЦЕНЦИИ …………………………………
18
5.СУЩЕСТВУЮЩИЕ НА ДАННЫЙ МОМЕНТ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ВТОРИЧНОЙ ФЛЮОРЕСЦЕНЦИИ ИССЛЕДУЕМОЙ СРЕДЫ ..
22
6.ОТЧЕТ ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ …………….........
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………….
Пространственное сканирование очень замедляет эксперимент и совершенно не пригодно для нестационарной плазмы. В последнее время публикуется информация о так называемых " избражающих спектрометрах ("imaging spectrometer"). Как правило, они основаны на дифракционной решетке, но специальная оптическая система-волоконная или зеркальная -"разносит" спектры от разных точек объекта на разные участки многоэлементной фотоприемной матрицы, установленной на выходе прибора.
Однако, следует иметь ввиду, что для медленно изменяющихся объектов значительно более простое решение состоит в использовании интерференционного спектрометра: Фабри - Перо с фильтром предварительной монохроматизации или фурье- спектрометра, поскольку система совмещает на выходе изображение источника с изображением колец (Рис.3.2). Сканирование по спектру в этом случае осуществляется путем изменения разности хода в интерферометре, а пространственное разрешение ограничено лишь дискретностью матрицы, что практически всегда более, чем достаточно. При этом следует учесть , что можно пренебречь различием разности хода в интерферометре между волной , идущей вдоль оси системы и под (( к оси , если
((( (2((а/()1/2. ( 3.7)
Например , с Фурье спектрометром с ((а =1нм и рисующей линзой с фокусным расстоянием 30 см можно получить пространственное распределение спектра на объекте размером 1 см. Для объектов больших угловых размеров принципиальных трудностей также не возникает , только при обработке интерферограмм следует учесть , что для точек изображения , отстоящих от оси системы на угловое расстояние (, разность хода (=(0соs( , т.е. меньше , чем (0-разность хода на оси системы.
При исследовании формы спектральных линий с интерферометром Фабри-Перо фотоприемная матрица на выходе позволяет вообще избежать сканирования.
Анализ отсчетов матрицы вдоль любого избранного направления х (рис.3.3) дает интерферограмму в зависимости от (, однако расстояние между максимумами по-прежнему соответствует постоянной интерферометра.
Рисю3.2.а- Установка с интерферо-метром Фабри- Перо (I) . S- источник, Р- выходная плоскость; б-kартина в плоскости Р Рис.3.3. Фрагмент результата фотометрирования картины колец вдоль направления х .
При этом пространственное разрешение по объекту будет уже определяться не матрицей, а расстоянием между интерференционными кольцами, т.к. мы должны считать свойства объекта постоянными по крайней мере в пределах одного порядка интерференции.
При исследовании объектов с " редким " линейчатым спектром хороший результат может дать известный в астрономии " бесщелевой" спектрометр. Поместим на вход обычного призменного или дифракционного спектрометра вместо входной щели исследуемый объект или его изображение. На выходе получим изображение объекта в свете различных длин волн (можно использовать дифракционную решетку и одну линзу, см.рис 3.4). Условие "неналожения " различных изображений:
((min> t (d(/dx), (3.8)
где ((min минимальное спектральное расстояние между линиями, t- размер объекта в направлении дисперсии прибора, d(/dx-его обратная линейная дисперсия. Здесь F- в общем случае - расстояние от решетки до плоскости изображения. Найдя углы дифракции для концов спектрального диапазона ( min и
(mах, можно примерно оценить "протяженность спектра по формуле:
L(2Fsin((( mах -( min)/2)
Рис.3.4. S- источник, L-линза, D- дифракционная решетка, P- выходная плоскость , в которой появляются изображения источника в свете различных длин волн. I- тонкий интерферометр, который используется при исследовании сплошного спектра Регистрировать изображения можно одной или несколькими фотоприемными матрицами. Например, с решеткой 1200 штр/мм на расстоянии от нее F= 1 м ( с линзой с фокусным
расстоянием 50 см. ) можно получить изображения объекта размером 1 см , если линии находятся на расстоянии не менее 2.5 нм в спектральном диапазоне 400-800 нм, но при этом " концы" диапазона изобразятся на расстоянии L более 70 см, т.е. придется использовать несколько фотоматриц для регистрации интересующих исследователя линий. Если линии расположены реже, на расстоянии более 25нм и объект меньше, например , размером 2 мм, то с линзой с фокусом 15 см на матрицу размером 2 см можно уложить диапазон от 400 до 600нм, при этом если матрица содержит вдоль оси дисперсии 512 элементов , то на одно изображение их придется около 50, что вполне достаточно для изучения пространственного распределения яркости.
Этот же прием можно использовать и для исследования пространственного распределения яркости в различных участках сплошного спектра. Для этого сплошной спектр надо предварительно " проредить", т.е. превратить в линейчатый c интервалом между " линиями" (( , пропустив излучение через тонкий интерферометр Фабри -Перо. Толщина d интерферометра выбирается из условия ((=(2/(2 d), например , для ((( 5 нм в видимом диапазоне d должно быть 0.05мм. При этом угловой размер (1 первого интерференционного кольца для длины волны (, имеющей максимум пропускания при (=0, (1 =((/d)1/2(0.1,т.е. на порядок больше , чем угловой размер объекта , если использовать ранее рассмотренный пример (объект размером 1 см на расстоянии 1 м от решетки). Следует , однако учесть , что при этом изображение объекта будет несколько "размытым". Предполагая , что аппаратная ширина интерферометра составляет , как правило около ((=1/30 его постоянной , то рассмотренная выше решетка (1200 штр/мм) " размоет " интервал 5/30 нм в пятно размером (=(((((= (5/30 нм) /(2.5 нм/см)=1/15 см. Т.е. в этом случае на размере объекта независимо от характеристик матрицы существует только 15 элементов разрешения. Их число в принципе может быть увеличено до 1/(( путем более плотной "упаковки" изображений (можно взять решетку с меньшим числом штрихов, увеличив обратную линейную дисперсию до 5нм/см). Дальнейшее повышение разрешения требует интерферометра с более высоким коэффициентом отражения, но практически 30 элементов на размере источника, как правило, достаточно. К матрицам предъявляются общие для фотоприемников требования линейной связи сигнала с падающим на каждый элемент потоком излучения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Цветков В.Н. Двойное лучепреломление в растворе. Современные методы исследования полимеров. Москва: Мир, 1966.
2. Hagerman P.J. // Curr. Opin. Struct. Biol. 1996. Vol. 6. P.643-649.
3. Torbet J. // Trends Biochem. Sci. 1987. Vol. 12. P. 327-330.
4. Cantor Ch.R., Shimmel P.R. Biophysical Chemistry. San Francisco: Freeman and Company, 1984. Vol. 2.
5. Forster Th. // Ann. Phys. (Leipzig). 1948. Vol. 2. P. 55 – 75.
6. Stryer L., Haugland R.P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1967. Vol. 58. P. 719 – 726.
7. Wu P., Brand L. // Anal. Biochem. 1994. Vol. 218. P. 1 – 13.
8. Millar D.P. // Curr. Opin. Struct. Biol. 1996. Vol. 6. P. 637 – 642.
9. Gryczynski I., Malak H., Lakowicz J.R. // Biospectroscopy. 1996. Vol. 2. P. 9 -15.
10. Pekora R. // J. Chem. Phys. 1964. Vol. 40. P. 1604 – 1614.
11. Bloomfield V.A. // Ann. Rev. Biophys. Bioeng. 1981. Vol. 10. P. 421 – 450.
12. Weissman M., Schinder H., Feher G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1976. Vol. 73. P. 2776 – 2780.
13. DeGennes P.G. // Macromolecules. 1976. Vol. 9. P. 587 – 593.
14. Teller A., Bar-Ziv R., Tlusty T., Moses E., Stavans J., Safran S. // Biophys. J. 1998. Vol. 74. P. 1541 – 1548.
15. Тучин В.В., Приезжев А.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. - М.:, Наука, 1989 - 237с.
16. Рогаткин Д.А., Моисеева Л.Г., Барыбин В.Ф., Черный В.В. Современные методы лазерной клинической биоспектрофотометрии. Часть 1. Введение в биофотометрию. Используемые методики и аппаратное оснащение. - М.,: Изд-во ВИНИТИ, 1997. - 55с.
17. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Часть 1. Случайные процессы. - М., Наука, 1976. - 494с.
18. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. В 2-х т. - М.:, Мир, 1981.
19. William E., Gunnar A. Niklasson, Appl. Opt, 1997,v.36,N22,p.5580-5586.
20. Рогаткин Д.А. Развитие двухпотоковой модели Кубелки-Мунка для решения одномерных задач распространения лазерного излучения в биологических тканях и средах / Оптика и спектроскопия, 1999, т.87, N1.
21. Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния. Успехи физических наук, 1997, том 167, № 5, с. 517 - 539.
22. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедецинских исследованиях. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1998.
23. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985.
24. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ: подход с использованием ЭВМ. М.: Мир, 1982.
25. Налимов В.В. Применение математической статистики при анализе вещества. М.: Физматгиз, 1969.
26. Рогаткин Д.А., Моисеева Л.Г., Барыбин В.Ф., Черный В.В. Современные методы лазерной клинической биоспектрофотометрии. Часть 1. Введение в биофотометрию. Используемые методики и аппаратное оснащение. – М.: Изд-во ВИНИТИ, 1997. – 55 с.
20
1. Цветков В.Н. Двойное лучепреломление в растворе. Современные методы исследования полимеров. Москва: Мир, 1966.
2. Hagerman P.J. // Curr. Opin. Struct. Biol. 1996. Vol. 6. P.643-649.
3. Torbet J. // Trends Biochem. Sci. 1987. Vol. 12. P. 327-330.
4. Cantor Ch.R., Shimmel P.R. Biophysical Chemistry. San Francisco: Freeman and Company, 1984. Vol. 2.
5. Forster Th. // Ann. Phys. (Leipzig). 1948. Vol. 2. P. 55 – 75.
6. Stryer L., Haugland R.P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1967. Vol. 58. P. 719 – 726.
7. Wu P., Brand L. // Anal. Biochem. 1994. Vol. 218. P. 1 – 13.
8. Millar D.P. // Curr. Opin. Struct. Biol. 1996. Vol. 6. P. 637 – 642.
9. Gryczynski I., Malak H., Lakowicz J.R. // Biospectroscopy. 1996. Vol. 2. P. 9 -15.
10. Pekora R. // J. Chem. Phys. 1964. Vol. 40. P. 1604 – 1614.
11. Bloomfield V.A. // Ann. Rev. Biophys. Bioeng. 1981. Vol. 10. P. 421 – 450.
12. Weissman M., Schinder H., Feher G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1976. Vol. 73. P. 2776 – 2780.
13. DeGennes P.G. // Macromolecules. 1976. Vol. 9. P. 587 – 593.
14. Teller A., Bar-Ziv R., Tlusty T., Moses E., Stavans J., Safran S. // Biophys. J. 1998. Vol. 74. P. 1541 – 1548.
15. Тучин В.В., Приезжев А.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. - М.:, Наука, 1989 - 237с.
16. Рогаткин Д.А., Моисеева Л.Г., Барыбин В.Ф., Черный В.В. Современные методы лазерной клинической биоспектрофотометрии. Часть 1. Введение в биофотометрию. Используемые методики и аппаратное оснащение. - М.,: Изд-во ВИНИТИ, 1997. - 55с.
17. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Часть 1. Случайные процессы. - М., Наука, 1976. - 494с.
18. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. В 2-х т. - М.:, Мир, 1981.
19. William E., Gunnar A. Niklasson, Appl. Opt, 1997,v.36,N22,p.5580-5586.
20. Рогаткин Д.А. Развитие двухпотоковой модели Кубелки-Мунка для решения одномерных задач распространения лазерного излучения в биологических тканях и средах / Оптика и спектроскопия, 1999, т.87, N1.
21. Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния. Успехи физических наук, 1997, том 167, № 5, с. 517 - 539.
22. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедецинских исследованиях. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1998.
23. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985.
24. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ: подход с использованием ЭВМ. М.: Мир, 1982.
25. Налимов В.В. Применение математической статистики при анализе вещества. М.: Физматгиз, 1969.
26. Рогаткин Д.А., Моисеева Л.Г., Барыбин В.Ф., Черный В.В. Современные методы лазерной клинической биоспектрофотометрии. Часть 1. Введение в биофотометрию. Используемые методики и аппаратное оснащение. – М.: Изд-во ВИНИТИ, 1997. – 55 с.
27. 3D лазерные информационные технологии. П. Е. Твердохлб, В. П. Коронкевич, Э. Г. Косцов и др. Издательство: Новосибирск:СО РАН, 2003. - 551 с.
28. Иванова А. М., Котова С. П., Коваленко А. А., Куприянов Н. Л., Петропавловский В. М. «Определение оптических характеристик сильнорассеивающих сред с использованием метода Монте-Карло» // Труды XXIV школы-симпозиума по когерентной оптике и голографии. Ярославль, 1997 с. 26-34.
29. Бунькова Е. Б., Иванова А. М., Котова С. П., Лысов Н. А. «Распределение поглощенной энергии низкоинтенсивного лазерного излучения в биотканях при лазерной терапии» // Сборник тезисов докладов I-ой Поволжской научно-практической конференции «Лазеры в медицине и экологии», Самара, 1998, с. 119-121.
30. Ivanova A. M., Kotova S. P., Kupriyanov N. L., Rakhmatulin M. A. «Estimation of possibility of multiple scattering medium optical parameters determination by backscattered light!» // Proc. of SPIE, 1999, v. 3726, p. 334-341.
31. Жуков Б. Н., Лысов Н. А, Котова C. П., Бунькова Е. Б., Иванова А. М., Кириченко Н. Д. «Экспериментальное обоснование применения инфракрасного лазерного излучения в гепатологии» // Лазерная медицина, т. 3, вып. 1, 1999, с. 29-32.
32. Майорова А. М., Котова С. П., Петропавловский В. М., Рахматуллин М. А. «Анализ возможности определения оптических параметров биотканей по пространственным характеристикам рассеянного назад света» // Материалы Второй Байкальской школы по фундаментальной физике, Иркутск, 1999, т. 2, с. 400-410.
33. Н.Л.Маланова, И.Г.Терентьев, Т.А.Цыганова, М.А.Мелехина Метод флюоресцентной ангиографии в офтальмологии. Нижегородский медицинский журнал 2002, с. 93-94.
Вопрос-ответ:
Зачем определять оптические параметры среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции?
Определение оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции позволяет получить информацию о составе и структуре среды, что является важным для многих научных и практических областей, таких как медицина, биология, физика и экология.
Какие источники информации вы использовали для аналитического обзора научных работ по определению оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции?
Для аналитического обзора по данной теме были использованы отечественные и зарубежные научные работы, опубликованные в специализированных журналах и базах данных. В работе была проведена систематизация и анализ доступной научной литературы по данной теме.
Какие основные теоретические положения лежат в основе решения поставленной задачи?
Основными теоретическими положениями, лежащими в основе решения поставленной задачи, являются принципы работы оптических методов, включая принципы флуоресценции и отражения излучения. Также важным является понимание взаимодействия света с веществом и физических процессов, которые происходят при переотражении излучения и возбуждении вторичной флюоресценции.
Какую актуальность имеет постановка задачи, предложенной руководителем, для курсовой работы?
Постановка задачи, предложенной руководителем, имеет высокую актуальность для курсовой работы, так как исследование оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции является активно развивающейся областью науки и технологий. Результаты такого исследования могут быть применены в различных областях и привести к появлению новых методов и технологий.
Какие научные работы доступны по определению оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции?
Существует несколько научных работ, как отечественных, так и зарубежных, по определению оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции. В аналитическом обзоре можно найти основные работы, которые описывают различные методы и подходы к данной проблематике.
Почему актуально проведение исследований по определению оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции?
Определение оптических параметров среды играет важную роль в различных научных и промышленных задачах, таких как медицина, экология, фотоника и другие. Использование методов на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции позволяет получать информацию о составе среды, ее оптических свойствах, что открывает новые возможности для диагностики и исследования различных материалов и объектов.
Какие теоретические положения лежат в основе решения задачи по определению оптических параметров среды?
Основой для определения оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции лежат принципы взаимодействия света с материалами и изменения свойств светового излучения при пропускании через среду. Также важным является анализ рассеяния света на микро- и наноразмерных объектах в среде, который помогает выявить закономерности и получить точную информацию о оптических характеристиках среды.
Какая актуальность постановки задачи по определению оптических параметров среды была отмечена руководителем проекта?
Руководитель проекта отметил, что существует потребность в разработке новых методов и подходов к определению оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции. Это связано с необходимостью получения более точных и надежных данных о составе и свойствах материалов, что помогает в решении различных прикладных задач.
Какие методы используются для определения оптических параметров среды?
Для определения оптических параметров среды, таких как коэффициент пропускания, отражения, поглощения и показателя преломления, используются различные методы. Некоторые из них включают измерение переотраженного излучения и вторичной флюоресценции.
Какие исследования были проведены в отечественных и зарубежных научных работах по определению оптических параметров среды?
В отечественных и зарубежных научных работах были проведены исследования, направленные на разработку методов определения оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции. Некоторые из них описывают применение спектроскопии, лазерной диагностики и других техник для анализа оптических свойств материалов.
Какова актуальность постановки задачи по определению оптических параметров среды?
Постановка задачи по определению оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции актуальна, так как это позволяет получить информацию о составе и свойствах материала. Этот подход может быть использован во многих областях, таких как медицина, биология, метрология, качество материалов и т.д.
Какие теоретические положения лежат в основе решения задачи по определению оптических параметров среды?
Решение задачи по определению оптических параметров среды на основе переотраженного излучения и вторичной флюоресценции основывается на принципах оптики и взаимодействия света с материалами. Для определения коэффициента пропускания, отражения, поглощения и показателя преломления используются законы преломления и отражения, а также спектральные свойства материалов, которые могут быть измерены с использованием различных методов и приборов.