Экспериментальное исследование оптических свойств материалов с многократным рассеянием тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

-

ВАРАВВА Андрей Сергеевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ С МНОГОКРАТНЫМ РАССЕЯНИЕМ

Специальность 01 04 14 Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Институте высоких температур РАН

Научный руководитель: - кандидат технических наук

Сковородько С.Н.

Консультант: - доктор медицинских наук,

профессор Герасименко М.Ю.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Петров В А - кандидат физико-математических наук, доцент Благонравов ЛА

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет Кафедра экспериментальной физики

Защита состоится /км 2005 г. в аудитории на заседании специализированного диссертационного совета № Д002.110.02 Объединенного Института высоких температур РАН по адресу: Москва, ул. Ижорская, д.13/19.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 125412, Москва, Ижорская ул. 13/19, ИВТ РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института высоких температур РАН

Автореферат разослан « 0Ьу> рг/цА^ 2005 Ученый секретарь диссертационного совета,,

доктор физико-математических наук / А.Л.

© Институт высоких температур Российской академии наук, 2005

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка и создание новых типов функциональных и конструкционных материалов является одним из важнейших научных приоритетов. Динамично развивающиеся предприятия космической отрасли заинтересованы сегодня в создания новых материалов, которые бы в достаточной мере обеспечивали безопасность пилотируемых космических полетов, надежность и долговечность космических аппарате. БОЛЬШИНСТВО перспективных материалов космической техники являются средами с многократным рассеянием. К таким средам относятся часть композитных материалов (керамики, пластики, пластмассы), жидкие кристаллы, суспензии, краски и эмали. Особую область среди многократно рассеивающих материалов занимают органические среды и биологические материалы, которые находят широкое применение и являются перспективными из-за своих особых свойств (способность самовосстановления и самоорганизации). Широкое использование материалов с многократным рассеянием, а также возможность появления в ближайшее время перспективных материалов с самоорганизацией требует создания новых адекватных комплексных методов исследования свойств таких материалов. Оптические методы исследования материалов традиционно широко используются в материаловедении, т.к. позволяют проводить исследования бесконтактно и без нарушения свойств среды («информационное» излучение на уровне единиц мВт) как в процессе производства, так и в период эксплуатации изделия. Это связано с тем, что оптическое излучение обладает различной проникающей способностью, определяемой как длиной волны зондирующего излучения, так и структурой объекта исследования (прозрачная, полупрозрачная среды и т.д.). Кроме того, оптическое излучение может стимулировать процесс люминесценции, которая в этом случае выступает в роли дополнительного информативного признака структурного состояния материала. Наряду с этим в процессе рассеяния излучения может осуществляться и дифракция света на структурных составляющих. Л поскольку первично процессы теплообмена на борту космического аппарата определяются, в частности, и взаимодействием внешнего покрытия аппарата с солнечным излучением, то для оценки этих процессов необходимо знание оптических свойств материалов покрытий космических аппаратов в диапазоне длин волн от 200 до 2500 нм.

Деградация защитного покрытия, выполненного из полимерных композитных материалов, под действием факторов космического пространства приводит к уменьшению толщины и нарушению функций покрытия и является причиной изменения оптических свойств покрытия. Поэтому одной из задач

является определение влияния изменения толщины слоев многократно рассеивающих материалов на отражательную способность многослойной композиции.

Все это заставляет сформулировать задачу разработки и создания методики оптической диагностики твердотельных структур (особенно, сред с многократным рассеянием) с целью получения дополнительной информации о структуре объекта, используя оптические эффекты - дифракционные явления и эффект люминесценции. Очевидно, что разработка комплексной оптической методики, которая бы определяла монохроматическую нормально-полусферическую отражательную и пропускатсльную способности, индикатрису рассеяния при нормальном падении, спектр люминесценции, использовала бы обработку изображений для выявления структурной компоненты, повышающей достоверность и информативность измерений, ориентированной на исследование перспективных материалов с многократным рассеянием, включая биологические среды, является актуальной задачей.

Цель работы: Исследование возможностей комплексной оценки монохроматической отражательной, пропуска! ельной способности и индикатрисы рассеяния при нормальном падении излучения с анализом люминесценции и выявлением информативных признаков методами обработки изображений для материалов с многократным рассеянием.

Задачи и этапы исследовании. Общая цель работы определила основные задачи и этапы исследования:

1. Разработать комплексную методику измерений в абсолютных и относительных единицах монохроматического нормально-полусферического отраженного потока оптического излучения и люминесценции, монохроматической нормально-полусферической отражательной и пропускательной способностей, индикатрисы рассеяния при нормальном падении излучения.

2. Разработать экспериментальную устаноовку в соответствии с разработанной методикой.

3. Исследовать оптические свойства и особенноси взаимодействия излучения с веществом на разработанной установке для одно- и двухслойных модельных сред с многократным рассеянием.

4. Провести экспериментальные исследования монохроманической нормально-полусферической отражательной и пропускательной способностей материалов с многократным рассеянием в области длин волн 200-2500 им.

5. Определить влияние изменения толщины рассеивающих слоев двухслойной композиции мутных сред на примере фторопласта на монохроматическую нормально-полусферическую отражательную способность.

6. Исследовать возможности восстановления внутренней структуры материалов с сильным рассеянием методами обработки изображений при разных условиях внешнего подсвета.

Были поставлены и решались задачи поиска путей оптимизации измерений оптических характеристик сред с многократным рассеянием и построения измерительной аппаратуры нового типа для мониторинга состояния объектов и конструкций, выполненных из оптически мутных материалов.

Объект и предмет исследования. В качестве модельного материала для исследования оптических свойств был выбран фторопласт 4. Экспериментально исследовались оптические свойства многокомпонентных сред с многократным рассеянием (оптически мутные среды): композитные материалы, полимеры, биологические ткани. Исследовалось влияние варьирования толщины слоев двухслойных композиций сред с многократным рассеянием на нормально-полусферическую отражательную способность. Исследовалась возможность выявления информативных признаков о структуре среды на основании обработки изображений исследуемых образцов при внешнем подсвете.

Методы и устройства. Для экспериментального исследования оптических свойств материалов использованы методы фотометрии и спектрометрии, а также их комбинация. Для получения экспериментальных данных использовался разработанный фотометр-анализатор спектра с системой подстройки угла зрения, разработанный спектрометр, установка лазерная электронно-спектральная ЛЭСЛ 4 (ЗЛО «Биоспск», Москва), рефлектомстрическая установка (Shimackn). Выявление информативных признаков, отвечающих за структуру исследуемого материала, выполнялось с помощью методов обработки изображений, для чего проводился анализ оптических портретов зон взаимодействия излучения с веществом (оптическая фильтрация). Изображения зон взаимодействия фиксировались цифровыми камерами на основе ПЗС-матриц (Agfa ePholo ACD 780С и Kodak DS215

Научная новизна. Представлена комплексная методика определения оптических свойств сред с многократным рассеянием, которая реализуется с помощью следующих измерений и устройств:

1 Фотометрические измерения монохроматической нормально-полусферической отражательной и пропускательнои способности на длине волны 0,66 мкм

2 Управляемая диафрагма для измерения индикатрисы рассеяния при нормальном падении

3 Измерения спектра отраженного и прошедшего излучения для получения первичной информации о составе среды и мониториш а изменений, происходящих в среде под действием как зондирующего излучения, так и внешних факторов

4 Спектрофотометрические измерения люминесценции, спектральная композиция которой несет в себе информацию о молекулярном составе среды, что позволяет характеризовать процессы, происходящие в исследуемой среде.

5 Методика дифракционной фильтрации изображений, основанная на разложении сигнала по собственным функция преобразования Фурье функциям Эрмита, что позволяет выявить структурую составляющую в многократно рассеянном излучении

Положения, выносимые на защиту:

1 Метод и устройство (фотометр анализатор спектра) для измерения монохроматической нормально-полусферической отражательной способности на длине волны 0,66 мкм в акцизном режиме (с использованием встроенного источника излучения) и монохроматической нормально-полусферической пропуска тельной способности в пассивном режиме (с использованием внешнего источника излучения), с возможностью проводить спектральный анализ люминесценции, вызванной зондирующим излучением, и возможностью восстанавливать индикатрису рассеяния при нормальном падении излучения

2 Метод калибровки фотометра-спектроанализатора для измерении мощности потоков излучения в абсолютных единицах,

3 Устройство (спектрометр) для определения спектра излучения прошедшего или рассеянного в обратном направлении средой с многократным рассеянием

4 Экспериментальные и теоретическое исследование влияния изменения толщины слоев однослойной и двухслойных композиций на монохроматическую нормально-полусферическую от ража тельную способность, пропуска тельную способность и индикатрису рассеяния при нормальном падении для среды с многократным рассеянием

5 Применение результатов методики обработки изображений, основанной на разложении сигнала по собственным функция преобразования Фурье функциям Эрмита для анализа взаимодействия излучения со средой и выявления в сильно рассеянном излучении структурной составляющей на примере сложноструктурированных объектов (биотканей)

6 Результаты экспериментальных исследовании оптических свойств материалов с многократным рассеянием, включая биологически среды

Практическое значение результатов. Разработанная методика нашла применение в ФГУП «ОНПП «Технология» (Обнинск, Федеральное агентство по промышленности) для измерения оптических свойств и контроля качества изготовления композитных материалов (керамики, стекло-, угле-, и органопластики)

Разработанный фотометр-анализатор спектра прошел испытания в Московском областном научно исследовательском клиническом институте (МОНИКИ) Прибор применялся для исследования оптических свойств живых биологических тканей и позволил впервые получить абсолютные фотометрические данные на длинах волн люминесценции

Разработана методика ргистрации изображении для выявления структурной составляющей Эта методика является перспективной для создания оптических томографов нового типа (работа поддержана грантом РФФИ 03-02-26797) Часть исследований проводилась в рамках гранта РФФИ НШ-1279 2003 8

Апробация работы. Материалы диссертации изложены в 15 публикациях, которые приведены в списке опубликованных работ, а также докладывались на следующих конференциях и семинарах 7 и 8 Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Москва, МЭИ (2001г, 2002г), конференция «Лазеры для медицины, биологии и экологии», Санкт-Петербург, 21-22 ноября 2001 г, конференции «Лазеры Измерения Информация», Санкт-Петербург, БГТУ (июнь 2003г, июнь 2004г), 7-ой международный симпозиум «Laser Metrology Applied to Science, Industry and Everyday Life LM02», Новосибирск сентябрь 2002г, Международный симпозиум «European Conference on Biomedical Optics», июнь 2003г , Мюнхен, Германия, 10-ая научно-практическая конференция «Новейшие технологии физиотерапии и восстановительной медицины», май 2004г, Институт повышения квалификации, Федеральное управление медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве России, Научно-практическая конференция «Современные физиотерапевтические технологии

восстановительной медицины», декабрь 2003г., Институт повышения квалификации, Федеральное управление медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве России.

Проект «Многофункциональный фотометр - спектроанализатор для лечения и диагностики» принял участие в конкурсе «Конкурс русских инноваций 2003» (журнал «Эксперт») 2002-2003 г., а также демонстрировался на выставке «Новые приборы и методы диагностики и терапии» в рамках общей совместной сессии РАН, РАМН, РАСХН, президиум РАН, Москва, декабрь 2003 г.

Личный вклад автора. Автору принадлежат идеи постановки экспериментов, их реализация, включая создание измерительных установок, подготовку образцов, проведение измерений, обработку и интерпретацию результатов экспериментальных исследований.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикаций автора и списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 144 страницы, включая 92 рисунка, 9 таблиц, 5 приложений. Список цитируемой литературы содержит 153 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы и практической значимости диссертации, а также сформулирована цель работы, её научная новизна, перечислены положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации посвящена обзору и анализу литературных данных, касающихся предмета диссертации. Рассматриваются существующие методики исследования оптических свойств материалов применительно к средам с многократным рассеянием. Анализируются особенности применения стандартных фотометрических методов с использованием интегрирующих оптических элементов к измерению отражательной и пропускательной способностей материалов, индикатрисы рассеяния. В частности, рассматриваются методы с использованием фотометрического шара Тейлора. Рассмотрены работы по увеличению точности измерений с помощью метода фотометрического шара, модификации конструкции, улучшению оптических характеристик и качества внутреннего покрытия с целью уменьшения систематических погрешностей в широком спектральном диапазоне. В рамках проблемы определения свойств и состава материалов проведен анализ современных спектрофотомерических методов и устройств, реализующих эти методы.

Рассмотрены подходы к исследованию структуры сред с многократным рассеянием оптическими методами. Это методы, связанные с обработкой изображений и анализом процессов дифракции в среде при зондировании оптическим излучением. Значительная часть современных работ развивает проблему оптической томографии многократно рассеивающих сред, направленных на разработку методов и средств, способных реконструировать структуру такой среды. Исследование многослойных сред с сильным рассеянием и люминесценцией подразумевает понимание процессов, происходящих в них под действием излучения, и, в частности, активацию фотодинамических реакций, поэтому было проведено обобщение информации о первичных фотодинамических процессах и процессах активации кислорода в исследуемой среде, а также о механизмах возбуждения люминесценции.

Появление новых перспективных материалов с многократным рассеянием вызывает необходимость развития методов определения оптических свойств этих материалов, повышения достоверности и увеличения информативности получаемых данных. Перспективна также разработка экспресс - методов, позволяющих проводить неразрушающие измерения без взятия проб и изготовления образцов (для задач технического контроля измерения в процессе производства, в случае медицинской диагностики определение дозы воздействия оптического излучения). Применение большинства рассмотренных выше методик для получения оптических свойств (отражательной, пропускательной способности, индикатрисы рассеяния) сред с многократным рассеянием затруднительно. Во-первых, большинство описанных методов не учитывает особенностей взаимодействия зондирующего излучения с многократно рассеивающей средой, хотя в ряде работ и отмечается, что в зависимости от объекта исследования должны изменяться условия измерения. Во-вторых, существующие методики практически не учитывают преобразования части зондирующего излучения в люминесценцию. Поэтому возникает необходимость в точном определении светового потока, рассеянного средой, и его спектрального состава, т.к. диагностическим параметром является результат сложения отраженного излучения на длине волны зондирующего излучения и стимулированной части, обусловленной долей первичного излучения, преобразованного объектом исследования (люминесцентная часть). Эти величины выступают в роли дополнительных информативных признаков. Обеспечить такие измерения оптических свойств в полной мере могут только комплексные спектрофотометрические методы, ориентированные на измерение свойств сред с многократным рассеянием.

Очевидно, что в случае нескольких многократно рассеивающих слоев картина взаимодействия будет отличной от однослойной среды, и,

следовательно, необходимы методики, позволяющие определять оптические свойства и толщины слоев многослойных композиций, которыми, в частности являются перспективные материалы космической и гелиотехники.

Актуальной остается проблема восстановления внутренней структуры среды исходя из оптических измерений Большое количество работ, проводимых в этом направлении, показывает необходимость разработки таких методик. Появление цифровых устройств регистрации изображений, применение вычислительной техники и нового математического аппарата открывают широкие возможности исследования процессов взаимодействия с помощью методов обработки изображений, на основании чего может быть создана база для построения принципиально новой исследовательской техники.

Во второй главе представлена разработанная комплексная методика, которая включает в себя методику измерения монохроматической нормально-полусферической отражательной и пропускательной способностей, индикатрисы рассеяния при нормальном падении, анализ спектра люминесценции, методику спектральных измерений излучения, рассеянного исследуемыми материалами, методику обработки изображений портретов областей взаимодействия света с исследуемым материалом. Приводится также описание аппаратуры, созданной на основе разработанной методики, и методов поверки и калибровки этих устройств

Для реализации комплексной методики была разработана специализированная установка, которая состоит из специального оптического стола с возможностью одновременной установки различных диагностических приборов спектрометра, фотометра - спектроанализатора, устройства для регистрации изображений, источников излучения (полупроводниковые лазеры: 0,66 мкм - 20 и 11 мВт, 0,87 мкм - 100 мВт; газовый Не-Ые лазер- 0,63 мкм - 20 мВт, и светодиоды на длины волн. 0,63, 0,53, 0,42) Для peгистрации изображений была разработана измерительная схема (рис 1) с использованием ПЗС камер

Источниу И ЗЛуЧРни

пзс камера

П'Скам,1Л ОСра^ы

Рис.1 Схема peIистрации изображений

Была разработана методика измерения и реализована экспериментальная установка для измерения нормально-полусферической отражательной способности, измерения индикатрисы рассеяния при нормальном падении излучения, измерении возбуждаемой люминесценции и индикатрисы люминесцентного излучения для исследования материалов с многократным рассеянием методами спектрофотометрии Методика учитывает особенности процессов взаимодействия оптического излучения со средами, реализующими многократное рассеяние Основой установки стал разработанный специализированный фотометр - спектроанализатор

Конструктивно фотометр - спектроанализатор состоит из активной фотометрической головки и блока обработки сигнала Фотометрическая головка (рис 2) выполнена в виде цилиндра, являющегося интегрирующим элементом

Рис.2. Фотометрическая головка / интегрирующий цилиндр, 2 светорассеивающая пластина, 3 управляемая диафрагма, 4 крышка цилиндра, 5 - кольцевое уплотнение, б - защитный кожух, 7 осветительный световод, 8 фогоприемник, 9 - узкополосный светофильтр, 10 шаговый двигатель диафрагмы

Отличительной особенностью данной конструкции фотоприемной головки (см рис 2) является управляемая диафрагма, диаметр открытия которой соответствует оптимальным условиям измерения и позволяет определять индикатрису рассеяния при нормальном падении излучения Для равномерного светозаполнения объема фотометрического цилиндра была использована светорассеивающая пластина, что позволило уменьшить размеры приемного устройства Такая светорассеивающая пластина обеспечивает диффузность отраженной направленной компоненты излучения

Источником излучения прибора является встроенный полупроводниковый лазер с длиной волны Излучение лазера по

световоду, проходящему по оси симметрии фотометрического цилиндра, доставляется на поверхность исследуемого объекта Прибор измеряет

интенсивность излучения, рассеянного в обратном направлении, посредством фотоприемных устройств в заданном спектральном диапазоне. В оптической головке установлено 5 фотодиодов, оснащенных интерференционными светофильтрами на длинах волн люминесценции, и 1 фотоприемник, принимающий излучение на длине волны зондирования. Значения длин волн измерения выбирались так, чтобы аппроксимировать характерную кривую спектрального распределения флуоресценции (рис.3). Каждый фотоприемник снабжен усилительным каскадом. Такая схема обеспечивает измерение слабых потоков оптического излучения на длинах волн флуоресценции. Блок управления контролирует работу оптической головки. Собственная микроЭВМ осуществляет прием и обработку данных, эти функции также могут быть переданы персональному компьютеру, подключаемому к прибору.

4сю 600 ооо 1000

Рис.3. Спектральное распределение обратно рассеянного (отраженного) объектом излучения на длине волны зондирования (.¡2,,,) и излучения люминесценции (J )

Интерференционные фильтры имеют наибольшее пропускание на следующих длинах волн: 633 нм - в районе длины волны зондирования: 703, 715, 752, 783, 797 нм - в области длин волн люминесценции. Источник излучения полупроводниковый лазер с длиной волны 660 нм, мощностью 11 мВт.

В соответствии с полученными данными тестирования устройства следует отметить, что необходимым условием правильной работы и повышения точности измерений является учет тепловых дрейфов электронных цепей и коррекция измеряемых величин с учетом тепловой нестабильности электронных компонентов. Анализ полученных результатов позволил сформулировать требования к источникам излучения, которые могут быть использованы для приборной реализации устройства.

Для фотометра - спектроанализатора была разработана методика и проведена калибровка с использованием внешнего полупроводникового лазера.

Были реализованы 2 калибровочные схемы, одна из которых обеспечивает калибровку устройства в целом, другая калибровку каждого измерительною канала в отдельности Разработанная методика позволяет проводить измерения световых потоков в абсолютных единицах с учетом влияния неидеальности полосы пропускания интерференционных светофильтров, а также учитывать влияние температуры окружающей среды

Для определения индикатрисы рассеяния при нормальном падении монохроматического коллимированного пучка излучения используется управляемая ирисовая диафрагма, диаметр раскрытия которой изменяется с помощью электронной системы управления При полном открытии диафрагмы измеряется весь поток, рассеивающийся в полусферу и попадающий в интегрирующий объем. Это положение диафрагмы соответствует плоскому углу 90" относительно нормали к исследуемой поверхности Далее производится пошаговое закрытие диафрагмы, обеспечивающее уменьшение угла К достоинствам предложенной методики относится то, что индикатриса определяется исходя из всего потока излучения, рассеиваемого образцом

Для подробного анализа спектра люминесценции и поиска оптимальных длин волн ее возбуждения был разработан универсальный спектрометр на основе дифракционной решетки и ПЗС линейки, обеспечивающий спектральные измерения в диапазоне 400 800 нм с шагом 0,4 нм, а также методика калибровки этого устройства

Для оценки степени надежности результатов, получаемых с помощью разработанной установки и исследования материалов в широком спектральном диапазоне, соответствующему спектру солнечного излучения была использована многоцелевая рсфлектромстричсская установка 8ЫшМ1и На этой установке измерялись нормально-полусферическая отражательная и пропускательная способности для образцов материалов с многократным рассеянием

Для анализа изображения была применена проекционная методика обработки изображении по собственным функциям преобразования Фурье функциям Эрмита1 Разложение сигнала по этим функциям даст возможность проводить анализ информации, содержащейся в оптическом сигнале и осуществлять его преобразование Фурье в одно и то же время Работа проводилась совместно с кафедрой математической физики факультета ВМиК МГУ

1 Krylov .H S , Liakishcv A V Numencal Projection Method lor Inveise rouner Ttansfoim and its Application//Num Funct Anal and Optnn -2000 -V2I -P 205-216

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований, выполненных с использованием разработанной комплексной методики и реализованных на се основе приборов.

Было выявлено, что при подсвете лазерным излучением в видимом диапазоне длин волн и мощностью не более 20 мВт на регистрируемых изображениях распределение интенсивности излучения, рассеянного фторопластовыми образцами, характеризуется двумя зонами, отличающимися по величине интенсивности. Линейный размер и интенсивность центральной области на изображениях, полученных со стороны падения зондирующего пучка, характеризуется, в основном, рассеивающими свойствами поверхности и слабо зависят от толщины рассеивателя. Интенсивность и линейный размер области, примыкающей к центральной зоне, определяются процессом объемного рассеяния. Последнее обстоятельство может позволить диагностировать изменения свойств рассеивателя по глубине, поскольку наблюдается корреляция между глубиной проникновения излучения в образец и размером второй зоны. Демонстрируется возможность восстановления распределения излучения в объеме образца, изготовленного из известного материала по изображению области выхода рассеянного излучения, прошедшего через образец в прямом направлении. Геометрическая форма распределения рассеянного излучения в среде определяет объем рассеяния (тело рассеяния), который зависит от мощности исходного излучения и особенностей структуры вещества. Определение картины распределения излучения по объему среды необходимо при решении целого ряда прикладных задач: разработка и создание методов неразрушающего контроля технологических материалов и биологических сред. Знание распределения излучения по объему среды позволит оптимальным образом осуществлять доставку зондирующего излучения в необходимую область среды.

Получены экспериментальные зависимости влияния толщины рассеивающего слоя на нормально-полусферическую отражательную и пропускательную способности для однослойной и двухслойной композиций сред с многократным рассеянием на длине волны 0,66 мкм (на примере фторопласта 4). Показано, что с ростом толщины рассеивателя отражательная способность возрастает, а в случае двухслойной композиции она зависит от толщины каждого из рассеивающих слоев (рис.4). На основании полученных результатов предложена методика построения толщиномера и дефектоскопа для контроля двухслойного материала с многократно рассеивающими слоями.

С использованием разработанной методики и созданного аппаратного обеспечения были проведены исследования образцов разной толщины ряда материалов аэрокосмической техники с многократным рассеянием:

политетрафторэтилена; керамик на основе оксида алюминия и диоксида циркония, пластиков на основе эпоксидных связующих и тканей из полимерных волокон: углепластика, стеклопластика, органопластика; органическою стекла и ситалла Также были исследованы биологические среды. Определялись зависимости монохроматической нормально-полусферической отражательной способности и индикатриса рассеяния при нормальном падении от толщины материала на длине волны 0,66 мкм Измерялась флуоресценция образцов под действием зондирующего излучения (0,66 мкм, 12 мВт)

I 111,1 н. г 1-11 и II. мм

Рис.4 Монохромажчсская нормально-полусферическая 0фажа1сльная способность двухслойной композиции фюропласи14 для длины волны изучения 0,66 мкм

Образцы материалов также исследовались с использованием рефлектометрической установки Shimadzu Это позволило провести не только отладку собственной методики, но и установить степень достоверности получаемых результатов, сравнивая данные, получаемые разными методами. Определялись монохроматическая нормально-полусферическая отражательная и пропускательная способности в области длин волн спектра 200 2500 нм Проведенные исследования показали характерную зависимость увеличения нормально-полусферической отражательной способности (см рис 4) и уменьшения пропускательной способности при возрастании толщины образца Получено удовлетворительное соответствие между результатами, получаемыми с использованием разработанной методики на длине волны 0,66 мкм и применением рефлектомстрической установки. Экспериментальные данные согласуются с данными литературных источников в пределах 10%, что

подтверждает работоспособность разработанной методики и аппаратуры. На основании проведенных исследований и выявленных зависимостей в спектре люминесценции и отражательной способности предложена модификация методики для селекции дефектов углепластика типа «непроклей». На различных образцах биологических тканей в живом состоянии с помощью разработанной методики получены результаты измерения монохроматической нормально-полусферической отражательной способности и флуоресценции, которые демонстрируют возможность широкого применения и внедрения методики в медицину.

Применение проекционной методики обработки изображений рассеянного излучения, основанной на разложении сигнала по собственным функциям преобразования Фурье функциям Эрмита дает возможность выделять информацию о структуре исследуемого объекта. Для биологических материалов удалось выявить структурную компоненту, которая составляла до 25% от фиксируемой интенсивности рассеянного образцом излучения. Представляется, что эта методика открывает новый подход к анализу изображений и может стать составной или основой частью разрабатываемого перспективного диагностического оборудования.

В четвертой главе на примере фторопласта 4 показано, что для расчета отражения от двухслойных композиций многократно рассеивающих материалов возможно использование достаточно простых аналитических выражений, получаемых из теории Гуревича - Кубелки Мунка (ГКМ). На базе двухпотокового двухпараметрического приближения получены аналитические выражения для расчета двухслойной композиции рассеивающего материала с двумя отражающими границами. Выражения для расчета коэффициентов отражения и пропускания, представимы в виде":

2 Войшвилло НА Теория Гуревича-Кубелки-Мунка для рассеивающих слоев с двумя отражающими фаницами //Опт. м спектр. - 1974. - Т.37,№1. -С 136-143.

где Г/ И 22 толщины первою и второю слоя соответственно, 1де р коэффициент офажения диффузною свей, падающего из окружающей среды на поверхность р1 - коэффициент офажения диффузною излучения падающею изнутри (в толще рассеивающей среды) на ту же поверхность, К -коэффициент отражения от бесконечно толстою сюя, / - щубинный показатель ослабления Для определения влияния второго слоя в диссертации вводится функция . аналог коффициента отражения задней грани слоя, которая учитываем многократное отражение света между первым и вторым слоем и возможное поглощение в среде толнщинои между слоями 1 и 2

A(z, z2) - *„ + (1 - i 3 )(1 - ¿2 (z ))схр(-2/ ,z, )--

)

,Л2)

где к/1 - коэффициент отражения диффузною света, падающего изнутри на поверхность слоя - коэффициент отражения слоя - коэффициент

отражения слоя 2 Коэффициенты определяются из однослойной модели с

2

отражающими границами

(1-,хр<-2/.,))

1 - Кр

1 -

1-р

1 + р

1

1 •

1 - Л/7

ехр(-2/_-,)

(3)

где г, - толщина соответствующего СЛОЯ Получено удовлетворительное согласие экспериментальных данных с результатами расчетов в пределах погаешости изменения (вис 5)

-г"

* »' * +

--х-

во

Экспериментальные результаты

тст 111 п гг п 1 <г

♦ 1 № • « в мм

ххх r/*i

°0

Результаты моделирования

1 i шиьа u-f ь i j л

_j_l.

Т лщила uT^i у я мм

Рис.5 Сопоставление зависимостей коффициента отражения от толщины

слоев с двумя отражающими границами для двухслойных композиций полученных из теории I КМ и экспериментально

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Разработана комплексная методика исследования оптических свойств материалов с многократным рассеянием, для реализации которой было выполнено следующее:

• Разработана методика измерения монохроматической нормально-полусферической отражательной и пропускательной способностей, индикатрисы рассеяния при нормальном падении и спектра люминесценции под действием зондирующего излучения. Создано устройство, реализующее эту методику - фотометр - спектроанализатор. Отработана схема калибровки, проведена калибровка и поверка фотометра спектроанализатора, для измерения низкоинтенсивных световых потоков. Разработаны алгоритмы и соответствующее программное обеспечение для фотометра - спектроанализатора.

• Разработан спектрометр, обеспечивающий спектральные измерения в диапазоне от 400 до 800 нм с высокой чувствительностью к слабым световым потокам. Разработана методика калибровки спектрометра.

• Разработана методика регистрации оптических портретов зон взаимодействия оптического излучения с многократно рассеивающей средой. Продемонстрирована возможность восстановления распределения излучения в объеме образца, изготовленного из известного материала с многократным рассеянием по изображению области выхода рассеянного излучения, прошедшего через образец в прямом направлении.

Получены экспериментальные зависимости влияния толщины рассеивающего слоя на нормально-полусферическую отражательную и пропускатсльную способности для однослойной и двухслойной композиций многократно рассеивающих сред. Показано, что с ростом толщины раессивателя отражательная способность возрастает, а в случае двухслойной композиции отражательная способность будет зависеть от толщины каждого из рассеивающих слоев. На основании полученных результатов предложена методика построения толщиномера и дефектоскопа для контроля двухслойного материала с многократно рассеивающими слоями.

С использованием разработанной методики и созданного аппаратного обеспечения были проведены исследования ряда материалов аэрокосмической техники, характеризуемых многократным рассеянием, включая керамики на основе оксидов алюминия и диоксида циркония, пластики на основе эпоксидных связующих и тканей из полимерных волокон, а также биологических тканей. Образцы материалов исследовались также с использованием рефлектометрической установки фирмы Shimadzu. Это

позволило провести не только отладку собственной методики, но и установить степень достоверности получаемых результатов, сравнивая т,анные, получаемые равными методами Получено удовлетворитльное соответствие между результатами измерении с помощью разработанной методики рефлектометрической установки и литературными данными

На основании проведенных исследовании предюжена модификация методики для селекции дефектов углепластика типа «непроклеи»

Оптические характеристики полученные для образцов биологической ткани, демонстрируют возможность широкою применения и внедрения методики в медицину

Применение проекционной методики обработки изображении рассеянною излучения, основанной на разложении сигнала по собственным функциям преобразования Фурье функциям Эрмина даст возможность выделять информацию о структурированности исследуемого объекта Предоставлястся, что эта методика открывает новый подход к анализу изображении и может состав составной частью или основой для разрабатываемого перспективного оборудования технической и биомедицииской диагностики

На базе двухпотокового двухпараметрического приближения получены аналитические выражения для расчеча монохроматическои нормально-полусферичеекои отражательной способностью двухслойной композиции рассеивающего материала с ШУМЯ офажающими границами Значения, полученные расчетом из аналитических зависимостей согласуются с экспериментальнымиданными в пределах погрешности измерении (13%)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1 Вараева А С Сковородько С II Чернов ПА Особенности взаимодействия низкоинтенсивною лазерного излучения с биологическими тканями, Радиоэлсктроника, электротехника и энергетика I Седьмая Мсждунар науч-техн конф студентов и аспиранюв Тез докл В 3-х 1 Т 1 / М МЭИ, 2001 С 207-208

2 Барыбин В Ф Ввраевым A С Герасименко МЮ и др Эксперимента тьнос

исследование влияние глубины проникновения лазерного изтучения в рассеивающую среду на распредстсние интенсивное ги излучения, рассеянною назад // Тез докт конф Лазеры для медицины, биологии и жологии / Л В Иващенко В Г Привалов - С по , 2001 - С 23-24

3 Барыбин ВФ Вараьва АС Корчагин ДИ и dp Сравнение структур

изображения лазерного изтучения, прошедшего через биоткань т у1\о и

фюроп IdCT ГС ШК1 конф Лазеры ЦЯ МСЩЦИНЫ бнОТОГИИ И ЖО 101ИИ /л В Иващснко В Г Нриваюв С иб 2001 С 24 25

4 Варапва А С С i <х ородько С II Кры ни 1С Нес 1СДование структурных особенностей оно югичееких тканей и учет их втияния на фотометрические характеристики рассеянною тзерною изучения // Восьмая Мелдуиар науч гехи конф студентов и аспирантов Тез докл Т I /М M JII 2002 С 227 228

5 Sknoiodko S \ Ban hm I I Pmaikm IP Vwawa AS cl al Biophotomctci foi diagnostics and licatment with an active mcasuung head / 7 th International Simposium on Metrology Applied to Science Induslry and Everyday Life bV ( hugui SN Bagae\ Л Weekenmann PH Ossana Proc SPIE V 4900 2002 P 1050 1055

6 Биофогомстр спектроана înîaiop нового поколения пя медицинской диагностики и терапии АС Варен на К Я Menât пса С II СкоьороОьш и <)р // Лвюмсгрия 2003 -Т39 H 5 С 62 68

7 Vaiа\\a A S Skmoiod ko S N Waide It с \ I J tl al L stimation ol biological mediums stiuctiire // Photon Migration and Diffuse I ight Imaging / D Л Boas Pioc SPIT 2003 V 5118 P 342 350

8 Ban hin V F hiiawa A S Gciasumiiko Mb it a! Sluictuic comp inson ol images of laser emission passing thiough tissue in \ivo and fluoioplastic / Lasers for Measuiements and Infoimation Transfer 2002 / V E Pnvalov Proc SPIE - 2003 V 5066 PI 13-119

9 Banbm VF \aunva AS Geiasinunko MU U aI Experimental investigation of the penetration depth of laser light influence on the distribution ofbackscattered îadiation intensity//1 asers for Measuiements and Information Tiansfer 2002 VF Pnvalov Pioc SPIE 2003 V 5066 -P 126 132

10 ГtlaUna I \> Jaiaua 4 $ Geiasimaiko M U с I al L aser theiapy as a new method to enhance healing // Lasers tor Measuiements and Information Transfer 2003 V Ь Pnvalov Proc SP1L - 2004 V 5381 P 322 328

11 Geiaumenko M V Vtnavva AS Feucik\a A Y et al New prospects tor ointment photophorcsis // Lasers for Measurements and Infoimation Transfer 2003/VE Pnvalov Proc SPlb 2004 V 538I P 329-334

12 Vatuwu AS Sko\on>d'ko SN Mim/t/tcv V Ya et al Partieulanties of diffraction filiation by tissues in cohcicnt and incoherent light // i ascrs for Measurements and Information Transfer 2003 / V Г Pmalov Proc SPIT -2004 V 5381 P 313 321

13. Скшюродько СИ., Нарекши АС'.. Барыоин Г> <!> и dp. Особенное i и применения спскгрофотомефичсскот оборудования :ш решения «пач терапии и медицинской дншностики , Сборник ф)дов 10-ой научно-практической конференции «HoBciíiuiic icxiioioimi фниюк'рашш и восстановительной медицины» // Рева В.Д М.: Ина. ноныш квалиф. Федер. управ, мед.-биолог, и жстремальных проблем. 2004 - С 46-48.

14. Варавва A.C., Герасименко М.Ю., Мешкчееа ВЯ. Скощюбьки C.Ü Особенности аппаратной рсалишшн и калибровки спектрофотомстрического оборудования для ме.шко-биолси ичсскич приложений /' Тезисы докладов конференции jlaiepw для медицины, биологии и экологии / В.П. Привалов. - Снб.: Г>ГТУ. 2004. - ( .16-17.

15. Варавва A.C., Герасименко М.Ю., Menöe.wcв В.Я., С'ковороОько ('.// Измерение стимулированных евсювых покжов в mhoi оспекпрадыюп биофотометрии // Тезисы докладов конференции Л;меры Ишерения. Информация /В.К. Приватов. - Снб.: БГТУ, 2004. - С.71-72.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛНДОВАНИГ ОПГИЧ1 CKIIX СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ С МНОГОКРАТНЫМ РА СП ЯНИЕМ

A.C. Варавва

Лшорефера i

Подписано к исчат 17.01.2005 11ечаи, офсешая Тираж 100

Уч -им i l.il 5ак;и Л" 2 Ьсен i;iii/o

Форч.и 60> Х4 16 N с тем i I ^ i

ОПВТРАН. 125411 М(н khj. \ i Пторсная ! П I"

Oí 04

, г■ it

■ч ä

f i

554

1 г SDP ¡005

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СРЕД.

1.1. Методы и средства фотометрических измерений.

1.2. Методы и средства люминесцентного анализа.

1.3. Методики и аппаратное обеспечение спектрофотометрии.

1.4. Структурный анализ и обработка изображений для диагностики среды.

1.5. Методы математического моделирования.

1.6. Оптическая томография.

1.7. Фотоактивация активных молекулярных комплексов.

1.8. Особенности взаимодействия поляризованного излучения со средами, реализующими многократное рассеяние.

1.9. Постановка и обоснование задач исследования.

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕД С МНОГОКРАТНЫМ РАССЕЯНИЕМ

И СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ.

2.1. Экспериментальная установка для измерения оптических характеристик материалов.

2.2. Выбор длины волны зондирующего излучения фотометра -спектроанализатора.

2.3. Описание конструкции фотометра - спектроанализатора.

2.4. Методика тестирования фотометра.

2.4.1. Тестирование стабильности работы приемных трактов.

2.4.2. Тестирование работы излучающей системы.

2.4.3. Исследование влияния температуры окружающей среды на работу фотометра.

2.5. Методика проведения калибровки фотометра-спектроанализатора в абсолютном варианте.

2.6. Методика калибровки фотометра при измерении в относительном варианте.

2.7. Методика измерения индикатрисы отражения при нормальном падении монохроматического пучка зондирующего излучения.

2.8. Описание конструкции спектрометра.

2.9. Методика калибровки спектрометра.

2.10. Схема рефлектометрической установки.

2.11. Методика обработки изображения.

2.11.1. Двухмерные функции Эрмита.

2.11.2. Алгоритм обработки оптического сигнала.

2.12. Выводы.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СРЕД С МНОГОКРАТНЫМ РАССЕЯНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ.

3.1. Экспериментальное исследование влияния глубины проникновения лазерного излучения в рассеивающую среду на распределение интенсивности излучения, рассеянного средой, и отражательную способность.

3.1.1. Исследование пропускательной способности и изображений в случае прохождения излучения через слой мутной среды разной толщины.

3.2. Исследование характера распространения лазерного излучения в многократно рассеивающей среде.

3.3. Экспериментальное исследование влияния толщины слоев 'многослойных композиций на отражение и прохождение света через среду.

3.4. Поиск оптимальных длин волн лазерного излучения стимулирующих люминесценцию в средах с многократным рассеянием.

3.5. Экспериментальное исследование оптических свойств материалов.

3.5.1. Исследуемые материалы.

3.5.2 Экспериментальные результаты.

3.5.2.1. Оптические свойства политетрафторэтилена.

3.5.2.2. Оксид алюминия и диоксид циркония.

3.5.2.3. Пластики на основе эпоксидных связующих.

3.5.2.4. Оценка погрешности эксперимента.

3.5.3. Обсуждение результатов.

3.6. Исследование биологических сред.

3.6.1. Сравнение используемых спектрометрических методик.

3.6.2. Спектрофотометрические исследования биологических сред.

3.7. Обработка оптического портрета в прошедшем и отраженном свете как метод выявления информативных признаков о структуре материала.

3.7.1. Результаты обработки изображений.

3.8. Выводы.

Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МАТЕРИАЛАМИ, РЕАЛИЗУЮЩИМИ МНОГОКРАТНОЕ РАССЕЯНИЕ.

4.1. Применение теории Гуревича-Кубелки-Мунка для расчета прохождения света через среду с многократным рассеянием на примере фторопласта 4.

4.2. Сравнение экспериментальных результатов с результатами численного эксперимента.

4.3. Выводы.

Актуальность темы. Разработка и создание новых типов функциональных и конструкционных материалов является одним из важнейших научных приоритетов. Динамично развивающиеся предприятия космической отрасли заинтересованы сегодня в создания новых материалов, которые бы в достаточной мере обеспечивали безопасность пилотируемых космических полетов, надежность и долговечность космических аппаратов. Большинство перспективных материалов космической техники /1-3/ являются средами с многократным рассеянием /4-5/. К таким средам относится часть композитных материалов (керамики, пластики, пластмассы), жидкие кристаллы, суспензии, краски и эмали, бумага /6/. Особую область среди сильно рассеивающих материалов занимают органические среды и биологические материалы, которые находят широкое применение и являются перспективными из-за своих особых свойств (способность самовосстановления и самоорганизации) /7-13/. Широкое использование материалов с многократным рассеянием, а также возможность появления в ближайшее время перспективных материалов с самоорганизацией требует создания новых адекватных комплексных методов исследования свойств таких материалов. Оптические методы исследования материалов традиционно широко используются в материаловедении, т.к. позволяют проводить исследования бесконтактно и без нарушения свойств среды («информационное» излучение на уровне единиц мВт), как в процессе производства, так и в период эксплуатации изделия /14-22/. Это связано с тем, что оптическое излучение обладает различной проникающей способностью, определяемой как длиной волны зондирующего излучения, так и структурой объекта исследования (прозрачная, полупрозрачная среды и т.д.). Кроме того, оптическое излучение может стимулировать процесс люминесценции, которая в этом случае выступает в роли дополнительного информативного признака структурного состояния материала. Наряду с этим в процессе рассеяния излучения может осуществляться и дифракция света на структурных составляющих. И, наконец, т.к. первично процессы теплообмена на борту космического аппарата определяются, в частности, и взаимодействием внешнего покрытия аппарата с солнечным излучением /23, 24/, то для оценки этих процессов необходимо знание оптических свойств материалов покрытий космических аппаратов в диапазоне длин волн от 200 до 2500 нм.

Деградация защитного покрытия под действием факторов космического пространства приводит к уменьшению толщины и нарушению функций покрытия /25-26/. Уменьшение толщины слоя многослойного тепло радиационного покрытия, выполненного из полимерных композитных материалов, является причиной изменения оптических свойств покрытия. Поэтому одной из задач является определение влияния изменения толщины слоев многократно рассеивающих материалов на отражательную способность многослойной композиции.

Все это заставляет сформулировать задачу разработки и создания методики оптической диагностики твердотельных структур (особенно, сред с многократным рассеянием) с целью получения дополнительной информации о структуре объекта, используя оптические эффекты - дифракцию и люминесценцию. Очевидно, что разработка комплексной оптической методики, которая бы определяла монохроматическую нормально-полусферическую отражательную и пропускательную способности, индикатрису рассеяния при нормальном падении, спектр люминесценции, использовала бы обработку изображений для выявления структурной компоненты, повышающей достоверность и информативность исследований, ориентированной на исследование перспективных материалов с многократным рассеянием, включая биологические среды, является актуальной задачей.

При разработке комплексной методики необходимо отталкиваться от того факта, что в общем случае корректность измерения оптических свойств (отражательной, пропускательной способностей, индикатрисы расеяния) среды с многократным рассеянием будет определяться следующими факторами:

1. стабильностью параметров измерительной аппаратуры;

2. корректностью методики измерения отражательной и пропускательной способности, связанной с особенностями формирования объема рассеяния, распределением излучения в объеме оптически мутной среды и структурой излучения;

3. свойствами поверхности (шероховатость, оптические константы);

4. толщиной рассеивающей среды и ее многослойностью, внутренней структурой среды (наличие крупных неоднородностей, пор и структурных образований, приводящих к дифракции);

5. физико-химическими процессами, происходящими в среде под действием внешних факторов (люминесценция, образование активных молекулярных форм и свободных радикалов, фазовые переходы, деградация среды).

Цель работы: Исследование возможностей комплексной оценки монохроматической отражательной, пропускательной способности и индикатрисы рассеяния при нормальном падении излучения с анализом люминесценции и выявлением информативных признаков методами обработки изображений для материалов с многократным рассеянием.

Задачи и этапы исследования. Общая цель работы определила основные задачи и этапы исследования:

1. Разработать комплексную методику для проведения измерений в абсолютных и относительных единицах монохроматического нормально-полусферического отраженного потока оптического излучения и люминесценции, монохроматической нормально-полусферической отражательной и пропускательной способностей, индикатрисы рассеяния при нормальном падении излучения.

2. Разработать экспериментальную установку в соответствии разработанной методикой.

3. Исследовать оптические свойства и особенности взаимодействия излучения с веществом на разработанной установке для одно- и двухслойных модельных сред с многократным рассеянием.

4. Провести экспериментальные исследования монохроматической нормально-полусферической отражательной и пропускательной способностей для материалов с многократным рассеянием в области длин волн 200-2500 нм.

5. Определить влияние изменения толщины рассеивающих слоев двухслойной композиции мутных сред на примере фторопласта на монохроматическую нормально-полусферическую отражательную способность.

6. Исследовать возможности восстановления внутренней структуры материалов с сильным рассеянием методами обработки изображений при разных условиях внешнего подсвета.

Были поставлены и решались задачи поиска путей оптимизации измерений оптических характеристик сред с многократным рассеянием и построения измерительной аппаратуры нового типа для мониторинга состояния объектов и конструкций, выполненных из оптически мутных материалов.

Объект и предмет исследования. В качестве модельного материала для исследования оптических свойств был выбран фторопласт 4. Экспериментально исследовались оптические свойства многокомпонентных сред с многократным рассеянием (оптически мутные среды): композитные материалы, полимеры, биологические ткани. Исследовалось влияние варьирования толщины слоев двухслойных композиций сред с многократным рассеянием на нормально-полусферическую отражательную способность, как с эффектом люминесценции, так и без него. Исследовалась возможность выявления информативных признаков о структуре среды на основании обработки изображений исследуемых образцов при внешнем подсвете.

Методы и устройства. Для экспериментального исследования оптических свойств материалов использованы методы фотометрии и спектрометрии, а также их комбинация. Для получения экспериментальных данных использовался разработанный фотометр-анализатор спектра с системой подстройки угла зрения, разработанный спектрометр, установка лазерная электронно-спектральная ЛЭСА 4 (ЗАО «Биоспек», Москва), рефлектометрическая установка (Shimadzu). Структурный анализ выполнялся с помощью методов обработки изображений, для чего проводился анализ оптических портретов зон взаимодействия излучения с веществом (оптическая фильтрация). Изображения зон взаимодействия фиксировались цифровыми камерами на основе ПЗС-матриц (Agfa ePhoto ACD-780C и KodakDS215 Zoom).

Научная новизна. Представлена комплексная методика определения оптических свойств сред с многократным рассеянием, которая реализуется с помощью следующих измерений и устройств:

1. Фотометрические измерения монохроматической нормально-полусферической отражательной и пропускательной способности на длине волны 0,66мкм.

2. Управляемая диафрагма для измерения индикатрисы рассеяния при нормальном падении.

3. Измерения спектра отраженного и прошедшего излучения для получения первичной информации о составе среды и мониторинга изменений, происходящих в среде под действием, как зондирующего излучения, так и внешних факторов.

4. Спектрофотометрические измерения люминесценции, спектральный состав которой несет в себе информацию о молекулярном составе среды, что позволяет характеризовать процессы, происходящие в исследуемой среде.

5. Методика дифракционной фильтрации изображений, основанная на разложении сигнала по собственным функция преобразования Фурье -функциям Эрмита, что позволяет выявить в сильно рассеянном излучении структурную составляющую. Работа проводилась совместно с кафедрой математической физики, факультета Вычислительной математики и кибернетики, МГУ.

Практическое значение результатов. Разработанная методика нашла применение для измерения оптических свойств и контроля качества изготовления композитных материалов (керамики, стекло-, угле-, и органопластики). Работа проводилась для ФГУП «ОНПП «Технология» (Обнинск, Федеральное агентство по промышленности).

На основе указанной методики были разработаны и созданы: накладной фотометр-анализатор спектра, предназначенный для исследования оптических свойств сред с многократным рассеянием и эффектом флуоресценции, разработана методика калибровки данного устройства; разработан и создан высокочувствительный спектрометр для люминесцентного анализа.

Разработана методика регистрации изображений для выявления структурной составляющей. Эта методика является перспективной для создания оптических томографов нового типа (работа поддержана грантом РФФИ - 03-02-26797). Часть исследований работы проводились в рамках гранта РФФИ НШ-1279.2003.8.

Разработанный фотометр-анализатор спектра прошел испытания в Московском областном научно исследовательском клиническом институте (МОНИКИ). Прибор применялся для исследования оптических свойств живых биологических тканей и позволил впервые получить абсолютные фотометрические данные на длинах волн люминесценции.

Апробация работы. Материалы диссертации изложены в 21 публикациях, которые приведены в списке опубликованных работ, а также докладывались на следующих конференциях и семинарах: 7 и 8 Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Москва, МЭИ (2001г., 2002г.); конференция «Лазеры для медицины, биологии», Санкт-Петербург, 21-22 ноября 2001 г; конференции «Лазеры. Измерения. Информация», Санкт-Петербург, БГТУ (июнь 2003г, июнь 2004г); 7-ой международный симпозиум «Laser Metrology Applied to Science, Industry and Everyday Life - LM02», Новосибирск сентябрь 2002г; Международный симпозиум «European Conference on Biomedical Optics», июнь 2003г., Мюнхен, Германия; 10-ая научно-практическая конференция «Новейшие технологии физиотерапии и восстановительной медицины», май 2004г., Институт повышения квалификации, Федеральное управление медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве России; Научно-практическая конференция «Современные физиотерапевтические технологии восстановительной медицины», декабрь 2003г., Институт повышения квалификации, Федеральное управление медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве России.

Проект «Многофункциональный фотометр - спектроанапизатор для лечения и диагностики» принял участие в конкурсе «Конкурс русских инноваций - 2003» (журнал «Эксперт») 2002-2003 г., а также демонстрировался на выставке «Новые приборы и методы диагностики и терапии» в рамках общей совместной сессии РАН, РАМН, РАСХН, президиум РАН, Москва, декабрь 2003г.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод и устройство (фотометр — анализатор спектра) для измерения монохроматической нормально-полусферической отражательной способности на длине волны 0,66 мкм в активном режиме (с использованием встроенного источника излучения) и монохроматической нормально-полусферической пропускательной способности в пассивном режиме (с использованием внешнего источника излучения), с возможностью проводить спектральный анализ люминесценции, вызванной зондирующим излучением, и возможностью восстанавливать индикатрису рассеяния при нормальном падении излучения.

2. Метод калибровки фотометра-спектроанализатора для измерений мощности потоков излучения в абсолютных единицах.

3. Устройство (спектрометр) для определения спектра излучения прошедшего или рассеянного в обратном направлении средой с многократным рассеянием.

4. Экспериментальные и теоретическое исследование влияния изменения толщины слоев однослойной и двухслойных композиций на монохроматическую нормально-полусферическую отражательную способность, пропускательную способность и индикатрису рассеяния при нормальном падении для среды с многократным рассеянием.

5. Применение результатов методики обработки изображений, основанной на разложении сигнала по собственным функция преобразования Фурье -функциям Эрмита для анализа взаимодействия излучения со средой и выявления в сильно рассеянном излучении структурной составляющей на примере сложноструктурированных объектов (биотканей).

6. Результаты экспериментальных исследований оптических свойств материалов с многократным рассеянием, включая биологически среды.

Личный вклад автора. Автору принадлежат идеи постановки экспериментов, их реализация, включающая создание измерительных установок, подготовку образцов, проведение измерений, обработку и интерпретацию результатов экспериментальных исследований.

4.3. Выводы

Показано, что для расчета отражения от многослойных композиций возможно использование достаточно простых аналитических выражений, получаемых из теории ГКМ. В расчетах учтены как рассеивающие свойства слоев, так и отражения от поверхностей. На базе двухпотокового двухпараметрического приближения получены аналитические выражения для расчета двухслойной композиции рассеивающего материала с двумя отражающими границами. Полученные аналитические зависимости удовлетворительно согласуются с результатами опытов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Создан специализированный оптический стенд на основе оригинального оптического стола для проведения исследований оптических характеристик сред с многократным рассеянием и, в частности, биологических объектов.

Разработана методика измерения монохроматической нормально-полусферической отражательной и пропускательной способностей, индикатрисы рассеяния при нормальном падении и спектра люминесценции под действием зондирующего излучения. Создано устройство, реализующее эту методику — фотометр-спектроанализатор. Отработана схема калибровки, проведена калибровка и поверка спектрофотометра для измерения низкоинтенсивных световых потоков. Разработаны алгоритмы и соответствующее программное обеспечение для спектрофотометра.

Разработан спектрометр, обеспечивающий спектральные измерения в диапазоне от 400 до 800 нм с высокой чувствительностью к слабым световым потокам. Разработана методика калибровки спектрометра.

Разработана методика регистрации оптических портретов зон взаимодействия оптического излучения с многократно рассеивающей средой.

Продемонстрирована возможность восстановления распределения излучения в объеме образца, изготовленного из известного материала с многократным рассеянием по изображению области выхода рассеянного излучения, прошедшего через образец в прямом направлении.

На базе фотометра — спектроанализатора, спектрометра и методики обработки изображения разработана комплексная методика исследования материалов с многократным рассеянием.

Получены экспериментальные зависимости влияния толщины рассеивающего слоя на нормально-полусферическую отражательную и пропускательную способности для однослойной и двухслойной композиций. Показано, что с ростом толщины рассеивателя отражательная способность возрастает, а в случае двухслойной композиции - отражательная способность будет зависеть от толщины каждого из рассеивающих слоев. На основании полученных результатов предложена методика построения толщиномера и для контроля двухслойного материала, являющегося средой с многократно рассеивающими слоями.

С использованием разработанной методики и созданного аппаратного обеспечения были проведены исследования ряда материалов аэрокосмической техники, характеризуемых многократным рассеянием, включая керамики на основе оксидов алюминия и диоксида циркония, пластики на основе эпоксидных связующих и тканей из полимерных волокон, а также биологических тканей. Образцы материалов также исследовались с использование рефлектометрической установки фирмы Shimadzu. Это позволило провести не только отладку собственной методики, но установить степень достоверности получаемых результатов, сравнивая данные, получаемые разными методами. Определялись монохроматическая нормально-полусферическая отражательная и пропускательная способности в области длин волн 200 - 2500 мкм для образцов различной толщины. Проведенные исследования показали характерное увеличение нормально-полусферической отражательной способности и уменьшение пропускательной способности при возрастании толщины образца. Отмечено удовлетворительное соответствие между результатами измерений с помощью разработанной методики, рефлектометрической установки и литературными данными.

На основании проведенных исследований предложена модификация методики для селекции дефектов углепластика типа «непроклей».

Оптические характеристики, полученные для образцов биологической ткани, демонстрируют возможность широкого применения и внедрения методики в медицину.

Применение проекционной методики обработки изображений рассеянного излучения, основанной на разложении сигнала по собственным функциям преобразования Фурье - функциям Эрмита, дает возможность выделять информацию о структурированности исследуемого объекта. Представляется, что эта методика открывает новый подход к анализу изображений и может стать составной частью или основой для разрабатываемого перспективного оборудования технической и биомедицинской диагностики.

На базе двухпотокового двухпараметрического приближения получены аналитические выражения для расчета нормально-полусферической отражательной способности двухслойной композиции рассеивающего материала с двумя отражающими границами. Полученные расчетом из аналитических зависимостей значения согласуются с экспериментальными данными в пределах погрешности измерений.

1. Полимерные композиционные материалы на основе полиэфирэфиркетонов (обзор) / А.Х. Шаов, A.M. Хараев, А.К. Микитаев, Г.С. Матвелашвили, З.С. Хасбулатова // Пластические массы. 1992. - № 3 - С.3-7.

2. Шаталин А.С., Ромашин А.Г. Новые конструкционные материалы на основе керамики и композитов с керамической матрицей. Часть I. Конструкционные керамические материалы // Перспективные материалы. 2001. - №4 - С.5-17.

3. Новая технология получения изделий из углекомпозитов / Ю.В. Селезнев, Д.В. Кузенко, В.И. Гавриш, В.В. Мартыченко // Оборудование и инструмент. 2003. - №04(39) - С.28-34.• 4. Волькенштейн М.В. Молекулярная оптика, М.-Л.: ГИТТЛ, 1951,- 744с.

4. Борн М., Вольф Э. Основы оптики, М.: Наука, 1970. 856с.

5. Гуревич М.М., Ицко Э.Ф., Середенко М.М. Оптические свойства лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1984. - 120с.

6. Блюменфельд Л.А. Проблемы биологической физики, Изд. 2-е испр. и доп. М.: Наука, 1997. - 336с.

7. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах: от диссипативных структур и упорядоченности через флуктуации. М.:1. Мир, 1979.-512с.

8. Гленсдорф П., Пригожин И., Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М.: УРСС, - 2003, - 280с.

9. Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence / M. A. Baldo, S. Lamansky, P. E. Burrows, M. E. et al. // Appl. Phys. Lett. 1999. - Vol.75, №1. - P.4-6.

10. Тихонов E.A., Шпак M.T. Нелинейные оптические явления в органических соединениях. Киев: Наукова думка, 1979. -384с.

11. Heath J.R., Rather M.A. Molecular electronics // Phys. today. 2003. - №5 -P.43-49.

12. A Novel process of the biodiesel fuel production in supercritical methanol / D. Kusdiana, S. Saka // 1st World conference on biomass for energy and industry. Sevilla, Spain, June 2000. - V.l, - P.563-566.

13. Зайдель A.H., Островская Г.В., Островский Ю.И. Теория и практика спектроскопии. М.: Наука, 1976. - 392с.

14. Юдеифельд С. Флуоресцентный анализ в биологии и медицине. М.: Мир, 1965.-484с.

15. Левшин Л.В., Салецкий A.M. Оптические методы исследования молекулярных систем. Часть 1. Молекулярная спектроскопия. М.: Изд. МГУ, 1994.-320с.

16. Раков А.В. Спектрофотометрия тонкопленочных полупроводниковых структур. М.: Сов. Радио, 1975. 176с.

17. Гуревич М.М., Фотометрия (теория, методы, приборы). 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. -272 с.

18. Зайдель А.Н. Атомно-флуоресцентный анализ: Физические основы метода. М.: Наука, 1980. - 188с.

19. Муратов К.Л., Глазов А.Л. Определение теплофизических характеристик и параметров трещин в керамиках фотодефлекционным методом // ЖТФ. 2001, - Т.71, Вып.6. - С. 110-115.

20. Влияние УФ облучения на температурную зависимость фотолюминесценции и фотоакустический отклик пористого кремния / Бащенко С.Н., Блонский И.В., Бородин М.С. и др. // ЖТФ. 2001. -Т.71, Вып.1. - С.66-71.

21. Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.: Высшая школа, 1981 -229с.

22. Теплообмен и тепловой режим космических аппаратов / Дж. Лукас. -М.: Мир, 1974. 543с.

23. Абрамович Б.Г., Гольштейн B.JI. Интенсификация теплообмена излучением с помощью покрытий. М.: Энергия, 1977. - 256с.

24. Электризация полимерных диэлектриков потоками электронов на геостационарной орбите/ Д.Н. Садовничий, А.П. Тютнев, Ю.М. Милехин и др. // Перспективные материалы. 2004. - №2, - С. 15-20.

25. Михайлов М.М. / О возможности замены электромагнитного излучения Солнца ускоренными электронами при испытании материалов космической техники // Перспективные материалы. 1997. - №6. - С.19-25.

26. Lang K.R. The Cambridge Encyclopedia of the Sun. Cambridge University Press, 2001.-268p.

27. Lang K.R. The Cambridge Guide to the Solar System. Cambridge University Press, 2003. - 468p.

28. Излучательные свойства твердых материалов. Справочник. // Л.Н. Латыев, В.А. Петров, В.Я. Чеховской и др. Под общ. ред. А.Е. Шейдлина. М.:Энергия, 1974. 472с.

29. Judd D. В. Terms, definition, and Symbols in reflectometry // JOS A 1967. -V.57, №4. - P.445-452

30. E903-96. Standard test method for solar absorptance, reflectance, and transmittance of materials using integrating spheres. Annual book of American Society for Testing and Materials standards. 1996.

31. Хрусталев Б.А. Радиационные свойства твердых тел // ИФЖ. 1970, -Т. 18, №4. - С.740-762

32. Александров М.Т. Основы лазерной клинической биофотометрии. -Сочи: Научно-методичский центр «Интермед», 1991. 86с.

33. Александров М.Т. Основы лазерной клинической биофотометрии, 2-издание, М.-.МОНИКИ, 1993.- 166 стр.

34. Современные методы лазерной клинической биоспектрофотометрии. Часть I. Введение в биофотометрию. Используемые методики иаппаратное оснащение / Л.Г. Моисеева, Д.А. Рогаткин, В.Ф. Барыбин,

35. B.В. Черный // Препринт N3-97, М.: МИЭМ, - 1997. - 52с.

36. Биофотометрические методы в медицине / Александров М.Т., Кувекина

37. О.А., Мясковский А.В. и др. // Препринт РНМЦ ЛМ.-Москва, 1992. -28с.

38. Hanssen M.L. Effects of restricting the detector field of view when using integrating spheres // Appl. Opt. 1989. - V.28, Iss.l 1. - P.2097 - 2104.

39. Гуминецкий С.Г. О методе измерения коэффициента отражения объектов на устройстве в виде спаренных фотометрических шаров // Опт. и спектр. 1995, - Т.78, №3. - С.496-501.

40. Слободкин Л.С., Фляке М.Я., Андреев Б.В. Метод и установка для определения монохроматической нормально-полусферическойотражательной способности теплозащитных материалов // ИФЖ. -1982.- T.XLII, №3.- С.442-448.

41. Щербина Д.М., Киричеко А.П., Алиев Р.Г. Индикатрисы отражения при нормальном облучении поверхности // ТВТ. 1968. - Т.6, №2. - С.359-363.

42. Шуба Ю.А., Сидоровский Н.В. Индикатрисы отражения как базовые характеристики оптических свойств материала // Оптический журнал. -1998. -Т.65, №9, С.49-53.

43. Длугунович В.А. Влияние лазерного нагрева на оптические свойствасверхвысокомодульного органопластика // ЖПС. 1999. - Т.66, №5, 1. C.635-639.

44. Оптические свойства сверхвысокомодульного материала до и после его нагрева лазерным излучением/ Длугунович В.А., Круллевич Е.А, Курочкин Ю.А., Снопко В.Н // ТВТ. 1998. - Т.37, №5. - С.725-731.

45. Пространственные и поляризационные характеристики, излучения, отраженного композитными материалами / Е.А. Гарнова, Я.М. Геда,

46. В.А. Длугунович, В.Н. Снопко // ЖПС. 1989. - Т.56, №5. - С.753-759.

47. Хазанов B.C., Ксентицкая Л.Г. Фотометрические измерения светотехнических материалов с объемным рассеянием // Светотехника. -1958. №9. - С.20-25.

48. Рвачев В.П. Кувалдин Э.В., Сурин В.Г. Фотометрический метод оценки экологического состояния нарушенных экосистем на примере гари после лесного пожара // Оптич. журнал. 2001. - №7. - С.70-72

49. Кувалдин Э.В. Приборы для измерения коэффициентов отражения / С.М. Латышев, Н.А. Нечаев И.А. Коняхин // Труды Оптич. общ. им. Д.С. Рождественского, V межд. конф. Прикладная оптика. 2002, Т.1. -С.138.

50. Гуревич М.М., Ицко Э.Ф., Середенко М.М. Оптические свойства лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1984. - 120с.

51. Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика / Р. Ламбурен. Спб.: Химия, 1991. - 512с.

52. О.Н. Казаков. Компьютерное моделирование интегральных и дифференциальных оптических характеристик лакокрасочных слоев // Опт. и спектр. 2004.- Т.96, №1. - С. 133-138.

53. Сурин В.Г, Кувалдин Э.В. Неразрушающий контроль состояния пожарозащитных покрытий с помощью фотометрического метода // Оптич. журнал. 2003. - Т.70, № 9. - С.72-74.

54. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека. Справочник. Киев.: Наукова думка, 1990. - 185с.

55. Банк данных по оптическим и биофизическим свойствам крови, биотканей и биожидкостей в видимой и ближней ИК областях спектра / А.Я. Хайруллина, Т.В. Олейник, Л.М. Буй, и др., // Опт. журнал. - 1997. - Т.64, № 3. - С.34-38.

56. Введение в биофотометрию (фотометрические измерения в биологии) -Львов: Львовский университет, 1966. 378с.

57. Соколов М.Е. Прикладная биофотометрия. М.: Наука, 1982. - с.42.

58. Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния // УФН, -1997. Т. 167, №5. С.517-539.

59. Приезжев А.В., Тучин В.В, Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологиии и медицине. М.: Наука, 1989. - 240с.

60. Полонский А.К., Древаль А.А. Измерение оптических параметров тканей животных и человека при лазерном воздействии // Биологические науки. 1984. - №10 - С. 108-110.

61. Recovery of turbidity free fluorescence from measured fluorescence: an experimental approach / N.C. Biswal, S. Gupta, N. Ghosh, A. Pradhan // Optics express. 2003. - V.l 1, No.24, - P.3320-3331.

62. Маслобоев Ю.П., Селищев C.B., Терещенко C.A. Восстановление профиля изменения структуры полупроводника по толщине пластины из спектров фотолюминесценции // ФТП. 1995. Т.29, Вып.9. - С. 15411545.

63. Ocean Optics 2004 Making waves. Spectrometers and accessories (Product Catalog). Dunedin, FL.: Ocean Optics, 2004. 172p.

64. Портативная спектроскопическая система для флуоресцентной диагностики опухолей и контроля за фотодинамической терапией / В.Б. Лощенов, А.А. Стратонников, А.И. Волкова, A.M. Прохоров // Росс, хим. журнал. 1998. - T.XLII, №5. - С.47-53

65. Linkov K.G., Kisselev G.L., Loschenov V.B. Investigations of physical model of biological tissue // Laser-Tissue Interaction and Tissue Optics II / H. Albrecht, G.P. Delacretaz, Т.Н. et al. Proc. SPIE. 1996. - V.2923. P.58-67.

66. Loschenov V.B, Konov V.I., Prokhorov A.M. Photodynamic Therapy and Fluorescence Diagnostics //Laser Phys. 2000. - V.10, №6. P. 1188-1207.

67. Лазерно-спектроскопический комплекс для флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии заболеваний сетчатой и сосудистой оболочек глаза / Г.А. Меерович, С.А. Шевчик, М.В. Лощенов и др. // Квант, электр. 2002. -Т.32, №11.- С.959-962.

68. Rapid multiexcitation fluorescence spectroscopy system for in vivo tissue diagnosis/ R.A. Zangaro, L. Silveira Jr., R. Manoharan et al. // Appl. Optics- -1996.-V.35, №25. -P.5211-5219.

69. ОАО ЛОМО: Сквозь призму времени. Спб: Лик, 2002. 220с.

70. Кувалдин Э.В., Сурин В.Г. Специализированный фотометр для измерения патологических изменений в растениях // Оптический журнал. 1998. - Т.65, №5. - С.43-46.

71. Патент на изобретение, №2141364, РФ Устройство для диагностики и терапии биологических объектов / Менделеев В.Я., Сковородько С.Н., Барыбин В.Ф., Рогаткин Д.А., Шумский В.И., Григорьянц P.P., Поярков И.П., per. 20.12.1999 Москва. Приоритет 04.06.98

72. Темперли Г., Дж. Роулинсон, Рашбрукс Дж. Физика простых жидкостей. Экспериментальные исследования. М.: Мир, 1973. - 400с.

73. Темперли Г., Дж. Роулинсон, Рашбрукс Дж. Физика простых жидкостей. Статистическая теория. М.: Мир, 1971. 380с.

74. Крокстон К. Физика жидкого состояния. Статистическое введение. М. Мир, 1981.-400с.

75. The measurement of the refractive index and agregation of the erytrocytea by laser dyfractometry method / S.S. Bessmeltsev, A.V. Lendiaev, A.U. Moscaleva et al. // SPIE 2002. - V.4900. - P. 1031-1038

76. Бессмельцев C.C., Лендяев A.B., Москалева А.Ю. и др. Лазерная дифрактометрия показателя преломления эритроцитов // Тезисыдокладов конференции Лазеры для медицины, биологии и экологии / В.Е. Привалов, Спб.: БГТУ 2004. - С. 11

77. Laser iduced fluorecent imaging of thermal damage in polymer matrix composites / W.G. Fisher, K.E. Meyer, E.A. Wachter et al. // Matheryals evaluthion. 1997. - V.55, №6. - P.726-729.

78. Laser-based mid-infrared reflectance imaging of biological tissues / B. Guo, Y. Wang, C. Peng et al. // Opt. express. 2004. - V.12, №1. -P.208-219.

79. Зуев B.E., Белов В.В., Веретенников В.В. Теория систем в оптике дисперсных сред. Томск: Спектр. Институт оптики атмосферы СО РАН, 1997.-402с.

80. Петров В.А, Марченко Н.В. Перенос энергии в частично прозрачных твердых материалах, М.: Наука, 1985. - 189с.

81. Фарафонов В.Г., Ильин В.Б., Прокопьева М.С. Рассеяние света многослойными оссиметричными частицами // Опт. и спектроск. 2002. - Т.93, №4. - С.655-662.

82. Казаков О.Н., Компьютерное моделирование раздельного поглощения излучения компонентами светорассеивающего слоя // Опт. и спектр. -2002. Т.93, №4. - С.650-654.

83. Рогаткин Д.А. Развитие двухпотоковой модели Кубелки Мунка для решения одномерных задач распространения света в рассеивающих биологических тканях и средах // Опт. и спектр. - 1999. - Т.87, №2. -С.258-265.

84. Рогаткин Д.А., Об одном подходе в многмерных задачах теории рассеяния света в мутных средах // Квант, эл. 2001. - Т.31, №3. - С.279-281.

85. Wang L., Jacques S. L. Monte Carlo Modeling of Light Transport in Multi-layered Tissues in Standard C. University of Texas M. D. Anderson Cancer Center, 1995.- 173p.

86. Wang L., Jacques S. L., Zheng L. MCML Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues // Computer methods and programs in biomedecine. - 1995. - №47. - P.131-146.

87. Wang L., Jacques S. L., Zheng L. CONV convolution for responses to a finite diameter photon beam incident on multi-layered tissues // Computer methods and programs in biomedecine. - 1997. - №54, - P. 141-150.

88. Стратонников А.А., Ермишова Н.В., Лощенов В.Б. Диагностика реакции капиллярного русла тканей на лазерное излучение // Квант, эл. 2002. -Т.32, №10. - С.917-922

89. Хачатурян Г.В., Рогаткин Д.А. Метод моментов в решении задач расчета автофлуоресценции биологических тканей // Опт. и спектр. 1999. -Т.87, №2. - С.258-264.

90. Казаков О.Н. Компьютерное моделирование интегральных и дифференциальных оптических характеристик лакокрасочных слоев // Опт. и спектр. 2004, - Т.96, №1. - С. 133-138.

91. Кисилев Г.Л., Лощеное В.Б. Распространение лазерного излучения в биологической ткани // Росс. хим. журнал. 1998. - T.XLII, № 5. - С.53-63.

92. Scattering through fluids: speckle size measurement and Monte Carlo simulations close to and into the multiple scattering / Y. Piederriere, J. Cariou, Y. Guern et al. // Opt. express. 2004. - V. 12, №.1. - P.176-188.

93. Linkov K.G., Kisselev G.L., Loschenov V.B. Determination of optical properties of biological tissue in its depth // Optical and Imaging Techniques for Biomonitoring III / H.-J. Foth, R. Marchesini, H. Podbielska, Proc. SPIE. 1998.-V.3196.-P.210-217.

94. Optical Coherence Tomography / D. Huang, E.A. Swanson, C.P. Lin et al. // Science. 1991. - №254. - P.l 178-1181.

95. Spectroscopic Optical Coherence Tomography / U. Morgner, W. Drexler, F.X. Kartner et al. // Optics Letters, 2000. - №5. - P. 111-113.

96. Терещенко С.А., Селищев C.B. Решение задачи оптической томографии для ограниченных рассеивающих сред в двухпотоковой модели переноса излучения. //Письма в ЖТФ. 1997. - Т.23, №17. - С.64-67.

97. Терещенко С.А. Вычислительная томография. Часть 3. Томография рассеивающих сред. М.: МИЭТ, 2002. 91с.

98. Терещенко С.А. Развитие оптической томографии биологических рассеивающих сред // Труды международной конференции по биомедицинскому приборостроению. Биомедприбор 2000. М. 2000. -С. 174-178.

99. Чурсин Д.А., Шувалов В.В., Шутов И.В., Оптический томограф со счетом фотонов и проекционное восстановление параметров поглощающих фантомов // Квант, эл., 1999. - Т.29, №1. - С.83-86

100. Зимников Д.А., Тучин В.В. Оптическая томография тканей // Квант, эл.,- 2002. Т.32, №10. - С.849-867.

101. Complementary use of cross-polarization and standard OCT for differential diagnosis of pathological tissues / R.V. Kuranov, V.V. Sapozhnikova, I.V. Turchin et al. // Opt. Express. 2002. - №10. - P.707-713.

102. Shives Е., Xu Y., Jiang Н. Fluorescence lifetime tomography of turbid media based on an oxygen-sensitive dye // Opt. express 2002. - V.10, No.26. -P.1557-1562.

103. Влияние преломления света на восстановление изображения в трансмиссионной оптической томографии рассеивающих сред / С.А. Терещенко, Д.А. Потапов, В.М. Подгаецкий, А.В. Смирнов. // Квант, эл.- 2002. Т.32, №10. - С.888-890.

104. Determination of optical scattering properties of highly-scattering media in optical coherence tomography images / D. Levitz, L. Thrane, M.H. Frosz et al. // Opt. express. 2004. - V.12, №.2. - P.249-259.

105. Estimation of Biotissue Scattering Properties from OCT Images Using a Small-Angle Approximation of Transport Theory / I.V. Turchin, E.A. Sergeeva, L.S. Dolin, V.A. Kamensky // Laser Physics. 2003. - V. 13, №.12. -P. 1524-1529.

106. Clinical aspects of the endoscopic optical coherence tomography and theways for improving its diagnostic value / N.M. Shakhova, V.M. Gelikonov, V.A. Kamensky et al. // Laser Physics. 2002. - V.12. - P.23-32.

107. Измерение квантовой эффективности сенсибилизированной синглетным кислородом замедленной флуоресценции фталоцианина / А.А. Красновский, Ю. Фу, М.Е. Баштанов и др. // Опт. и спектр. 1997. Т.83, №4.-С.616-620.

108. Индуцированная синглетным кислородом замедленная флуоресценция водных растворов красителей при лазерном возбуждении / Красновский А.А. мл, Баштанов М.Е., Дроздова Н.Н и др.// Квант, эл. 2002. - Т.32, №1. - С.83-86.

109. Аскаров К.А., Березин Б.Д., Быстрицкая Е.В. и др. Порфирины: спектроскопия, электрохимия, применение. М.: Наука, 1987. -384с.

110. Fu. Yu., Krasnovsky, А.А., Jr., Foote, C.S. Quenching of singlet oxygen sensitized delayed phthalocyanine fluorescence // J. Phys. Chem. A. 1997. -V.101. - P.2552-2554.

111. Mulliken R.S. Interpretation of the atmospheric oxygen bands: electronic levels of the oxygen molecule // London: Nature. 1928. - V.122, №3075. -P.505.

112. Kaplan J., Active oxygen, Nature, 1947, vol.159, №4046, p.673

113. Morgan S.P., Ridgard M.E. Polarization properties of light backscattered from a two layers scattering medium // Optics express. 2000. - V.7, №12.-P.395-402.

114. Morgan S.P., Khong M.P., Somekh M.G. Effects of polarization state and scatterer concentration on optical imaging through scattering media // Appl. Opt. 1997. - V.36. - P.1560-1565.

115. Yao Gang, Wang L.V. Propagation of polarized light in turbid media: simulated animation sequences // Opt. express. 2000. - V.7, №5. - P. 198203.

116. Johnson Т. M., Mourant J. R. Polarized wavelength-dependent measurementsof turbid media// Opt. express. 1999. - V.4, №.6. - P.201-216.

117. Ушенко Ю.А. Кожа как преобразователь оптического излучения // Опт. и спектр. 2002. - Т.93, №2. - С.345-349.

118. Папаев А.В., Симоненко Г.С., Тучин В.В. Простая модель для расчета спектра пропускания поляризованного света образцом биологической ткани // Опт. журнал. 2004. - Т.71, №5. - С.3-6.

119. Биофотометр спектроанализатор нового поколения для медицинской диагностики и терапии / А.С. Варавва, В.Я. Менделеев, С.Н. Сковородько и др. // Автометрия. 2003. - Т.39, №5. - С.62 -68.

120. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, Т.1, изд. 3-е, - М.: Мир, 1986.-598с.

121. Конструирование приборов. В 2 -х книгах. Кн.1. / под ред. Краузе,,- М.: Машиностроение, 1987. 384с.

122. Krylov A.S., Korchagine D.N. Proection Filtering in Image Progressing // Graficon'2000 / Conf. Processing. M.: 2000. - P.42-45.

123. Krylov A.S., Liakishev A.V. Numerical Projection Method for Inverse Fourier Transform and its Application // Numerical Functional Analysis and Optimization. 2000. - V.21. - P.205-216.

124. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев и др. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2003.- 656с.

125. Неразрушающий контроль: В 5-ти книгах. Кн. 3. Электромагнитный контроль. В.Г. Герасимов и др. / Под ред. В.В. Сухорукова. М.: Высшая школа, 1992. - 308с.

126. Варавва А.С., Герасименко М.Ю., Менделеев В .Я., Сковородько С.Н., Измерение стимулированных световых потоков в многоспектральной биофотометрии // Тезисы докладов конференции Лазеры. Измерения. Информация /В.Е. Привалов. Спб.: БГТУ, 2004. - С.71-72.

127. Волокно внивлон //Химические волокна. 1971. - №1. - С.76

128. Волохина А.В., Щетинин A.M. Памяти Георгия Ивановича // Химические волокна. 1998. - №2. - С.3-7.

129. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология:. Учеб. пособие для вузов, -М.: Логос, 2000. 408с.

130. Цветков Э.И. Методические погрешности статистических измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 144с.

131. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971,- 192с.

132. Weidner V.R., Hsia J.J. Reflectance properties of pressed polytetrafluoroethylene powder // JOSA. 1981. - V.71, №7. - P.856-861.

133. Filatova E.V., Varavva A.S., Gerasimenko M.U et al. Laser therapy as a new method to enhance healing // Lasers for Measurements and Information Transfer 2003 / V.E. Privalov. Proc. SPIE. 2004. - V.5381. - P.322-328.

134. Gerasimenko M.U., Varavva A.S., Fevraleva A.Y. et al. New prospects forointment photophoresis // Lasers for Measurements and Information Transfer 2003 / V.E. Privalov. Proc. SPIE. 2004. - V.5381. - P.329-334.

135. Varavva A.S., Skovorod'ko S.N., Mendeleev V.Ya et al. Particularities of diffraction filtration by tissues in coherent and incoherent light // Lasers for Measurements and Information Transfer 2003 / V.E. Privalov. Proc. SPIE. -2004.-V.5381.-P.313-321.

136. Varavva A.S., Skovorod'ko S.N., Mendeleev V.Y. et al. Estimation of biological mediums structure // Photon Migration and Diffuse-Light Imaging / D.A. Boas. Proc. SPIE. 2003. - V.5138. - P.342-350.

137. Осевая и диффузная модель прохождения лазерного импульса через сильно рассеивающую среду / С.А. Терещенко, А.А, Данилов, В.М. Подгаецкий, Н.С, Воробьев // Квант, эл. 2004. - Т.34, №6. - С.541-544.

138. Воронов А.В., Третьяков Е.В., Шувалов В.В. Быстрое интегрирование по путям при моделировании распространения света через сильно рассеивающие объекты // Квант, эл. 2004. - Т.34, №6. - С.547-55.

139. Эволюция углового спектра мощности рассеянного света точечного источника, прошедшего слой мутной среды / В.Г. Гавриленко, А.В. Сорокин, Г.В. Джандиери, В.Г. Джандиери // Опт. и спектр. 2004. -Т.96, №5. - с.874-879.

140. Войшвилло Н.А. Зависимость характеристик излучения, выходящего из плоского слоя рассеивающей среды, от его толщины // Опт. и спектр. -1977. Т.42, №5. - С.949-955;

141. Зеге Э.П., Канцев И.Л. Отражение и пропускание света рассеивающим слоем с отражающими границами // ЖПС. 1979. - Т.31, №2, С.735-741.

142. Вошйвилло Н.А. Теория Гуревича-Кубелки-Мунка для рассеивающихслоев с двумя отражающими границами // Опт. и спектр. 1974. - Т.37, №1.-0.136-143.

143. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Т.1, М.: Мир, 1981. - 280с.

144. Войшвилло Н.А. Отражение света рассеивающими средами с преломляющими границами // Опт. и спектр. 1974. - Т.36, №6. - С. 1162-1164.