fernando moreno madrid, 6 de abril 2005
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Fernando MorenoMadrid, 6 de abril 2005
GRUPO DE ÓPTICA (Dpto. Física Aplicada)
F. GonzálezF. GonzálezJ. M. SaizJ. M. Saiz
O. Merchiers (Becario)O. Merchiers (Becario)P. Albella (Becario)P. Albella (Becario)
Difusión de luz por superficies con partículas
Difusión de luz por superficies
Problema inverso“Optical Particle Sizing”
• Tamaño• Forma• Propiedades Ópticas• Polidispersidad
Investigación Básica
Problema electromagnético de interés
Modelización de superficies más complejas
Detección de contaminantes
Industria de Semiconductores
SERS (biosensores)
Generación de Ondas Superficiales
Caracterización de Partículas
Aplicaciones
Rango del visible
Partículas del orden de la longitud de onda incidente,
-90 -60 -30 0 30 60 9010
-2
10-1
100
101
102
103
104
Inte
nsid
ad
s (º)
-90 -60 -30 0 30 60 9010
-2
10-1
100
101
102
103
104
Inte
nsid
ad
s (º)
)(ˆ)(ˆ1 siossca A FE
)(2/12 )(1)(ˆ)(ˆ)(ˆ si
sssiossca eSrA FE
)(2/13 )(1)(ˆ)(ˆ)(ˆ ii
iisiossca eSrA FE
)()(2/12/1
4
)(1)(1
)(ˆ)(ˆ)(ˆ)(ˆ
siisi
sisiossca
eSS
rrA
FE
)(ˆ)(ˆ)(ˆ)(ˆ)(ˆ4321 ssca
ssca
ssca
ssca
sscaT EEEEE
2)(ˆ)( sscaTs
scaTI E
-90 -60 -30 0 30 60 90
Inte
nsid
ad (
u.a.
)
s ( º )
Cilindro Oro R 0.55 m sobre substrato de Oro
Sencillo
Transparente
Rápido de computación
Fiable
Válido para esferas y cilindros metálicos
Física del problema
Fibra R 0.55 m
Esferas R 0.55 m
Esferas R 1.58 m
D L A
Laser
/2 Ch DgE
E
M
RM
RA
Amplificador síncrono PC
Laboratorio(Oscuro)
Exterior
0 1 2 3 4 50
15
30
45
60
75
90
m=2
m=6
m=0
min (
º)
R/
i =0º
-90 -60 -30 0 30 60 90
Inte
nsid
ad (
u.a.
)
s ( º )
i (º) N R (m)
0 4 0.540 0.010 (1.9%)
10 4 0.548 0.040 (7.3%)
20 4 0.550 0.036 (6.5%)
30 3 0.527 0.011 (2.1%)
Cilindro R 0.55 m
i
s
0 5 10 15 20-49.0
-48.5
-48.0
-47.5
-47.0
-46.5
-46.0
min
(º)
i (º)
m=1f [0º:12º] 0.536 0.003 m (0.5%)
m=1f [0º:12º] 0.535 0.002 m (0.4%)
D
L
A
M
RA
CLaser
/2 Ch Dg
Amplificador síncronoPC
Laboratorio(Oscuro)
Exterior
0 15 30 45 60 75 90
Inte
nsid
ad (
u.a.
)
i (º)
Fibra (R 0.55 m) 0.544 0.010 m (1.9%)
Esferas (R 0.55 m) 0.520 0.015 m (2.9%)
Esferas (R 1.58 m) 1.549 0.037 m (2.4%)
A
B )(2/1
3 )(1)(ˆ)2(ˆ)(ˆ iiiiios
sca eSrA FE
)(2/12 )(1)(ˆ)2(ˆ)(ˆ ii
iiiossca eSrA FE
En torno a la dirección de retrodifusión (s= -i) E2 y E3 interfieren
constructivamente para cualquier i
Promediando a diferentes incidencias (i) es posible resaltar este
efecto y obtener un pico de intensidad cuya forma se relacione con R
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 200.00
0.25
0.50
0.75
1.00
dCsc
a /
d
(m
2 /sra)
( º )
del tamaño de la partícula
R = 0.5R = 1
R = 2R = 4
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 200.00
0.25
0.50
0.75
1.00
dCsc
a /
d
(m
2 /sra)
( º )
del rango de la incidencia
[20º,50º][20º,70º]
[50º,70º]
D
L
A
M
RA
CLaser
/2 Ch Dg
Amplificador síncrono PC
Laboratorio(Oscuro)
Exterior
º2;º80,º56, ,, ifiii
-15 -10 -5 0 5 10 150.00
0.25
0.50
0.75
1.00
Inte
nsid
ad (
u.a.
)
( º )
-15 -10 -5 0 5 10 150.00
0.25
0.50
0.75
1.00
Inte
nsid
ad (
u.a.
)
( º )
Esferas R 0.55 m
Esferas R 1.58 m
Baja Polidispersidad en Tamaño
Diagramas de Difusión a Incidencia Fija
Opt. Lett. 24, 1451 (1999)
15 30 45 60 75 9010
-4
10-3
10-2
10-1
100
101
dC
sca/d
(m
2 /sra
d)
s ( º )
0.75 1.00 1.250
5
10
p(R
)
R
monodispersa3%6%9%
m=0 m=1 m=2 m=3
0 2 4 6 8 100.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Vis
ibil
idad
r ( % )
0 1 2 3 4 5 6 7 80.00
0.25
0.50
0.75
1.00
8%6%
4%
2%
Vis
ibili
dad
orden ( m )
Fibra cilíndrica R 0.55 m
r 3 %
0 1 2 3 4 5 6 7 80.00
0.25
0.50
0.75
1.00
8% 6% 4%
2%
Vis
ibili
dad
orden ( m )
Conjunto Esferas R 1.58 m
r 1.7 %
Opt. Lett. 25, 1699-1701 (2001)
Cilindro R 0.55 m
DetectorExploración del eje Z
Muestra: fibra
i
Lente
Divisor de haz
(25
pu
nto
s)
1mm
5 10 15 20 25
15
30
45
60
75
Z (m) 10007925833751660
1
(R) (R)(I) (I)(R)
P.A.M
.I. (º)
Punto
0 15 30 45 60 75 90
Inte
nsid
ad (
u.a.
)
i (º)
0 15 30 45 60 75 90
Inte
nsid
ad (
u.a.
)
i (º)
0 15 30 45 60 75 90
Inte
nsid
ad d
ifun
dida
(u.
a.)
i (º)
0 15 30 45 60 75 90
Inte
nsid
ad (
u.a.
)
i (º)
h´= h - g(go,wo,o)
go
o
wo
Opt. Comm. 196, 33 (2001)
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