Ефект слабкої локалізації світла при зворотному розсіюванні поверхнями зі складною структурою у діапазоні гранично малих фазових кутів - Автореферат

Часто в роботах, які повязані з лабораторними вимірами зворотного розсіювання світла (ЗРС) в оптичному діапазоні, цей ефект називають ефектом слабкої локалізації світла. Таким чином, використання цього ефекту може дозволити вивчати склад та структуру, напр., поверхонь безатмосферних небесних тіл. Хоч лабораторні дослідження ЗРС від твердих поверхонь складної структури здійснюються вже давно, проте, виміри цього ефекту при фазових кутах, менших від 10, де ефект слабкої локалізації світла найбільш виражено, практично не проводилися. Зокрема, в її задачі входило: дослідження залежності параметрів ефекту слабкої локалізації світла від фізичних характеристик розсіючої поверхні, таких, як розмір та форма неоднорідностей поверхні, концентрація розсіювачів у середовищі, оптичних сталих частинок, що утворюють поверхню; Вперше в лабораторних умовах у неполяризованому світлі у діапазоні гранично малих фазових кутів (0.2 - 3.50) досліджено зворотне розсіювання та вивчено ефект слабкої локалізації світла.Другий розділ “Лабораторний фотометр-поляриметр для фазових кутів 0.2 - 3.50” присвячено опису приладу для дослідження ЗРС на порохуватих зразках у діапазоні гранично малих кутів фаз. Ця схема з енергетичної точки зору економно формує малі апертури джерела та приймача світла, а крім того, дозволяє обмірювати зразки з великою площею при дотриманні умови однаковості фазових кутів у кожній точці поверхні зразка. Метою проведених вимірів є вивчення впливу на параметри ефекту слабкої локалізації світла: вибору матеріалу поверхні (метал, діелектрик), розміру частинок поверхні, альбедо та щільності упаковки зразка, а також довжини хвилі світла, що падає. Поводження фазових залежностей яскравості для таких зразків у діапазоні гранично малих фазових кутів сильно розрізняється: майже лінійний хід фазової функції для сажі та різко нелінійний сплеск яскравості у випадку зразка MGO. Вимір скляної матованої поверхні з середнім розміром шорсткості близько 100 мкм при: стандартній геометрії, коли нормаль зразка направлена вздовж осі приймача; із нахилом нормалі зразка у площині розсіювання на 450 у сторону, протилежну напрямку на освітлювач; та з нахилом нормалі зразка на 450 у напрямку, перпендикулярному площині розсіювання, показали, що найменш положистий хід фазової залежності спостерігається для стандартної геометрії - саме у цьому випадку тіньовий ефект, повязаний з неоднорідностями поверхні, виявляється мінімально.Для виконання дисертаційної роботи розроблено та виготовлено лабораторний фотометр-поляриметр, призначений для вивчення ефекту слабкої локалізації світла при розсіюванні від поверхонь складної структури у діапазоні гранично малих фазових кутів 0.2-3.50. Необхідно також відзначити, що прилад може бути застосований не тільки для дослідження класичного ефекту слабкої локалізації світла, але й для вивчення так званого поляриметричного опозиційного ефекту (відємної поляризації світла). Існування розмірного ефекту при ЗРС на діелектричних зразках свідчить про те, що у таких поверхонь домінуючу роль в розсіюванні відіграє ефект слабкої локалізації світла. У той же час, відсутність залежності форми кривої ЗРС від розмірів частинок у металевих порошків свідчить на користь того, що основний внесок до розсіювання поверхнями, які складаються з непрозорих частинок, дає тіньовий ефект. Зростання потужності піка ЗРС при спресовуванні порошків діелектричних прозорих матеріалів також свідчить про великий внесок інтерференційного підсилення до ЗРС цими поверхнями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У висновках перелічені основні результати, які були отримані у цій роботі.

1. Для виконання дисертаційної роботи розроблено та виготовлено лабораторний фотометр-поляриметр, призначений для вивчення ефекту слабкої локалізації світла при розсіюванні від поверхонь складної структури у діапазоні гранично малих фазових кутів 0.2-3.50. Основною перевагою цього приладу є можливість проведення вимірів у неполяризованому світлі в різних областях спектру. Необхідно також відзначити, що прилад може бути застосований не тільки для дослідження класичного ефекту слабкої локалізації світла, але й для вивчення так званого поляриметричного опозиційного ефекту (відємної поляризації світла).

2. Існування розмірного ефекту при ЗРС на діелектричних зразках свідчить про те, що у таких поверхонь домінуючу роль в розсіюванні відіграє ефект слабкої локалізації світла. Цей висновок підтверджується також резонансним характером розмірного ефекту у “світлих” діелектриків. У той же час, відсутність залежності форми кривої ЗРС від розмірів частинок у металевих порошків свідчить на користь того, що основний внесок до розсіювання поверхнями, які складаються з непрозорих частинок, дає тіньовий ефект.

3. Зростання потужності піка ЗРС при спресовуванні порошків діелектричних прозорих матеріалів також свідчить про великий внесок інтерференційного підсилення до ЗРС цими поверхнями. Для металевих порошків аналогічний ефект не спостерігається, бо тіньовий ефект такої залежності не завбачає.

4. Немонотонна поведінка фазової залежності показника кольору C (l1/l2) розсіючої поверхні при малих фазових кутах свідчить про те, що когерентне підсилення є істотним для цієї поверхні. У випадку кольорових поверхонь (наприклад, палагонітів - спектральних аналогів поверхні Марса) така поведінка кривої показника кольору говорить про те, що в тій області спектра, де альбедо поверхні вище, у ЗРС при малих кутах фази домінує ефект слабкої локалізації світла.

У нейтральних за спектром порохуватих середовищ може також спостерігатися немонотонний фазовий хід показника кольору. Наявність цього ходу залежить від розміру частинок середовища та ширини функції розподілу неоднорідностей у цих середовищах.

5. Альбедна залежність фазового ходу відношення крос- та ко-поляризованих складових світлового потоку, розсіяного діелектричними поверхнями, свідчить про те, що зі збільшенням альбедо поверхні внесок до опозиційного піку механізму інтерференційного підсилення ЗРС зростає.

Знайдено також якісну відміну у поводженні відношення фазових залежностей крос- та ко-поляризованих складових у металів та металоподібних матеріалів від діелектричних: це відношення зростає зі зменшенням фазового кута, тоді як для діелектриків спостерігається протилежна залежність.

6. Дані лабораторних експериментів послужили для інтерпретації даних, отриманих із телескопічних та натурних спостережень. Результати вимірів, зокрема, дозволили зробити деякі висновки стосовно структури поверхні безатмосферних небесних тіл.

Измерения обратного рассеяния света поверхностями типа планетных реголитов при фазовых углах 0,2-3,50 / Ю.Г. Шкуратов, Д.Г. Станкевич, А.А. Овчаренко, В.В. Корохин // Астрономич. Вестник. - 1997. - Т. 31. - № 1. - с. 56 - 63.

Амплитуда оппозиционного эффекта Марса по данным КА “Фобос-2” / Ю.Г. Шкуратов, Д.Г. Станкевич, А.А. Овчаренко и др. // Астрономич. Вестник. - 1998. - Т. 32. - № 2. - С. 107 - 115.

Диагностичность исследований оппозиционного эффекта по космическим изображениям / Ю.Г. Шкуратов, М.А. Креславский, А.А. Овчаренко и др. // Космічна наука і технологія. - 1998. - Т. 4, №3/4. - С. 54 - 59.

Шкуратов Ю.Г., Овчаренко А.А., Оппозиционный эффект: теоретическая модель и лабораторные измерения. // Астрономич. Вестник. - 1998. Т. 32. - С. 315 - 326.

Laboratory Photometry of Surfaces with Complicated Structure at Phase Angles of 0.2 - 3.5 Degrees / A.A. Ovcharenko, Yu.G. Shkuratov, D.G. Stankevich et al. // 22-nd Russian-American Microsymposium on Planetology. Abstracts. Moscow, 1995. P. 74 - 75.

Modelling of Europa Opposition Spike A.A. Ovcharenko, Yu.G. Shkuratov, D.G.Stankevich et al. // 24-th Russian-American Microsymposium on Planetology. Abstracts. Moscow, 1996. P. 72 - 73.

A.A. Ovcharenko, Yu.G. Shkuratov, Contribution of the Shadow-Hiding and Coherent Backscatter Effect in the Opposition Brightness Surge of the Moon // 28-th Russian-American Microsymposium on Planetology. Abstracts. Moscow, 1998. P. 86.

Размещено на .ru