[实用新型]一种使用面阵CCD快速测量相干背散射的装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及光子局域化的检测技术领域，用于检测样品的光子局域化性质的装置及方法，特别是一种使用面阵CCD快速测量相干背散射的装置。

(二)背景技术

安德森局域化是电子学领域的研究中提出的重要现象，提出者安德森因其卓越的贡献而被授予诺贝尔奖。其主要特征是波的传播因介质性质的随机化分布而导致受阻。至今已经得到了广泛的研究和应用，并在微波实验中观察到了局域化的现象。由于其本质是来源于电磁波的波动性质，而波动性质是光的特性之一，因此人们提出了光子局域化的概念。光子局域化是安德森局域化在光学领域中的类比，至今仍是研究的热点，但由于光波的波长较短，实现完全意义上的光子局域化非常困难，至今没有在实验上观察到这个现象，能够实现完全光子局域化是人们现阶段努力要实现的目标。光在均匀无吸收介质中传播时，其透过率是介质厚度的反函数，呈线性衰减，类似于电子学的欧姆定律，但当介质内的折射率分布随机化到一定程度时，透过率将呈指数衰减，即为光子弱局域化的状态。相干背散射被认为是弱光子局域化现象的一种，是一种自相干效应，其直观表现为对随机样品照射后，其散射光的强度在背散射方向的强度干涉相长，光强成锥形分布。相干背散射具有非常重要的研究意义，是研究光子扩散领域中的光子传输平均自由程的重要手段，是研究光子局域化的重要方法之一。，

但是相干背散射的光能量非常弱，难以测量。现有的实验装置主要分为两种。一种是利用光电倍增管配合锁相放大装置，利用精密的电移平台进行扫描，其优点为灵敏度高，但是由于光电倍增管只能进行逐点测量，为了得到相干背散射图样，必须进行大量的测量，测量复杂并且耗时，并且无法用于测量样品不太稳定时的情况。(相关文献：P.C.de Oliveira，andN.M.Lawandy，Coherent Backscattering from high-gain scattering media，Opt.Lett.1996，21，1685-1687；A.Schmidt，R.Corey and Psaulnier，Imaging Through Random Mediaby Use of Low-Coherence Optical Heterodyning，Opt.Lett.1995，20，404-406，D.S.Wiersma，M.P.van Albada，An Accurate Technique to Record the AngularDistribution of Backscattered Light，Rev.Sci.Instrum.1995，66，5473-5476)另一种方法是使用电荷耦合器件CCD进行测量，又分为直接测量和间接测量两种。使用CCD来进行测量的本意是为了降低复杂度，提高测量的速度。从已有的报道来看，直接测量时为了提高信噪比，主要采用了提高CCD的积分时间和多次测量数据叠加这两种方法，但在噪声比较严重的情况下，提高积分时间有利于对信号的记录，但是对信噪比的提高效果有限，而多次测量然后数据相叠加的方法需要大量重复的测量才能有效提高信噪比，延长了测量时间，不利于对样品不稳定情况的测量。(相关文献：G..Yoon，D.N.G.Roy and R.C.Straight，Coherent Backscattering in Biological Media：Measurement and Estimation of OpticalProperties，Appl.Opt.，1993，32，580-585；G..Labeyrie，C.A.Muller，D.S.Wiersma，etal，Observation of Coherent Backscattering of Light by Cold Atoms，J.Opt.B：Quantum.Semiclass.Opt.，2000，2，672-685)而间接测量则是利用外差法进行测量，其缺点是装置复杂，对数据的处理烦琐。(相关文献：Max Lesaffre，Michael Atlan，and Michel Gross，Effect of the Photon’s Brownian Doppler Shift on the Weak-LocalizationCoherent-Backscattering Cone，Phys.Rev.Lett.，2006，97，33901)

(三)发明内容