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)