Kombination des altbewährten Messprinzips der Ulbrichtkugel mit der Strahlungstransporttheorie: präzises Verfahren zur Bestimmung der optischen Eigenschaften

Bei der Bestimmung der optischen Eigenschaften mit einer Ulbrichtkugel wird eine Probenschicht an eine Öffnung einer Ulbrichtkugel platziert und einmal durch die Kugel und ein weiteres Mal von außen punktförmig beleuchtet. Dabei wird die gesamte diffuse Remission und Transmission der Probe mit einem Spektrometer spektral aufgelöst gemessen. Aus diesen beiden Messgrößen können durch Vergleich mit der Lösung der Strahlungstransportgleichung der Absorptions- und der effektive Streukoeffizient für jede Wellenlänge

bestimmt werden (siehe Bild links unten). Am ILM wurde die Methode unter Berücksichtigung aller möglichen Kugelfehler (z. B. Verlust durch offene Öffnungen, direkte Beleuchtung des Detektors) optimiert und an einer Vielzahl von Phantommessungen validiert. Hierzu wurde mittels modernen 3D-Drucks eine optimierte Ulbrichtkugel erstellt und innen professionell beschichtet. Generell wir die Ulbrichtkugel oft als Referenzmethode für die Bestimmung der optischen Eigenschaften angesehen.

Highlights:

Spektroskopie für stark streuende Medien
Getrennte Bestimmung des Absorptions- und effektiven Streukoeffizienten
Präzise Auswertung mit der Strahlungstransportgleichung
Ideal für Probenschichten
Flüssigkeiten in spezieller Küvette möglich
Robuste / präzise Methode durch Integration über den Halbraum
Methode komplett überarbeitet und alle Kugelfehler in der Auswertung berücksichtigt
Methode für großen Messbereich validiert
Methode in renommierter Fachzeitschrift publiziert [1,2]

Unser Angebot:

Auftragsmessungen Ihrer Proben:
- Demonstration des Potentials der Methodik
- Verwendung der Koeffizienten zur Berechnung der Lichtausbreitung in Ihrem Objekt (z. B. physikbasiertes Rendering, siehe obiges Bild)
Methodenentwicklung:
- Entwicklung der Messmethodik für Ihre Problemstellung
- Kommerzielles Gerät verfügbar (Link)

Anwendungsgebiete:

Materialanalyse
Biophotonik
Gehaltsbestimmung von Inhaltststoffen
Qualitätssicherung
Chemometrie
Lebensmittelanalyse
Pharmazie und Kosmetik (siehe Bild oben)
Rendering basierend auf physikalischen Parametern

Vorteile der Trennung von Absorptions- und effektiven Streukoeffizient:

Der bestimmte Absorptionskoeffizient ist identisch mit dem bei klaren Proben mit einem Absorptionsphotometer gemessenen Absorptionskoeffizient
Der bestimmte Absorptionskoeffizient weist einen direkten Zusammenhang mit den Konzentrationen der Inhaltsstoffe auf
Eine Änderung der Mikrostruktur der Probe wird im effektiven Streukoeffizient erfasst und hat keine Auswirkung auf den Absorptionskoeffizient

[1] Foschum, Florian, Florian Bergmann, and Alwin Kienle. "Precise determination of the optical properties of turbid media using an optimized integrating sphere and advanced Monte Carlo simulations. Part 1: Theory." Applied Optics 59 (2020): 3203-3215.

[2] Bergmann, Florian, et al. "Precise determination of the optical properties of turbid media using an optimized integrating sphere and advanced Monte Carlo simulations. Part 2: experiments." Applied Optics 59 (2020): 3216-3226.

Ansprechpartner

Dr. Florian Foschum

Gruppenleiter Kalibrationsfreie Sensoren

E-Mail schreiben Tel: +49 (0)731 / 1429 779

Prof. Dr. Alwin Kienle

Abteilungsleiter Quantitative Bildgebung / Sensorik

E-Mail schreiben Tel: +49 (0)731 / 1429 224

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