Приборы и техника эксперимента, 2019, № 6, стр. 130-131

Распространение света в большинстве природных материалов определяется тремя параметрами: коэффициентом поглощения, коэффициентом рассеяния и средним косинусом угла рассеяния (фактор анизотропии). К ним добавляют феноменологическую фазовую функцию рассеяния или, другими словами, плотность вероятности угла рассеяния. Развитие экспериментальных методов измерения оптических характеристик имеет большое значение для физики, химии, материаловедения, биологии и медицины (см., например, [1, 2]). Для получения трех оптических параметров необходимо провести три независимых измерения интенсивности светового поля и, используя математическую модель, решить обратную задачу. Широкое применение получил метод интегрирующих сфер [3]. С помощью двух интегрирующих сфер можно одновременно измерить интенсивности диффузно отраженного, диффузно прошедшего и коллимированного света [4] и однозначно решить обратную задачу в предположении определенной фазовой функции рассеяния.

Нами предложена компактная установка, которая позволяет определять спектры оптических характеристик различных образцов в диапазоне от 200 до 1100 нм (рис. 1а). Основу установки составляют (рис. 1г) две интегрирующие сферы 1, 2 диаметром 75 мм, покрытые изнутри стандартным диффузно рассеивающим материалом. Сферы установлены строго соосно с коллиматорами 5, 6. Образец 7 с помощью специального держателя 8 (рис. 1б) устанавливался между сферами (рис. 1д) и освещался параллельным пучком света диаметром 4.8 мм от источника 3 белого света, сформированным коллиматором 5. В качестве источника света использовался широкополосный галогеновый источник HL-2000 (Ocean Optics, США) с выходом через кварцевое оптическое волокно. Отраженный от передней поверхности образца и обратно рассеянный свет собирался интегрирующей сферой 1, а диффузно прошедший через образец свет – интегрирующей сферой 2. Свет, прошедший через образец без отклонения, попадал на коллиматор 6. С помощью спектрометра USB4000 (Ocean Optics, США) с диапазоном длин волн от 200 до 1100 нм измерялись спектры излучений в двух сферах и на выходе коллиматора 6. Полученные данные позволяют рассчитать спектры диффузного рассеяния Rd, диффузного пропускания Td и коллимированного пропускания Tc:

где I₁ – интенсивность в сфере 1 с образцом; I_1о – интенсивность в сфере 1, когда ее выходное отверстие закрыто стандартной заглушкой с диффузно рассеивающим покрытием; I₂ – интенсивность в сфере 2 с образцом, когда ее выходное отверстие закрыто стандартной заглушкой; I₃ – интенсивность на выходе коллиматора 6 с образцом; I_3о – интенсивность на выходе коллиматора 6 без образца.

При измерении спектра коллимированного света без образца I_3о для ослабления излучения перед коллиматором 6 устанавливался нейтральный фильтр NGG10 (Altechna, Литва) 9, снижающий интенсивность прошедшего света. После чего полученные значения пересчитывались с учетом спектра пропускания нейтрального фильтра 9. На рис. 1в в качестве примера представлены полученные спектры Rd и Td  для сухого и влажного образца полимерного скаффолда из полилактида [4].

От некоторых других систем (например, [3]), позволяющих определять оптические характеристики материалов, предложенная установка отличается компактностью, универсальностью (возможностью оценки одновременно Rd, Tc и Td) и, что особенно важно, возможностью измерения спектральных зависимостей.