Advanced

Development of a spectroscopic technique for assessment of optical properties and gas content in porous turbid media

Larsson, Jim LU (2012) FYSK01 20121
Department of Physics
Atomic Physics
Abstract
In this thesis a novel spectroscopic method consisting of a combination of frequency domain photon migration (FPDM) and gas in scattering media absorption spectroscopy (GASMAS) is developed, for assessment of the mean optical path length and gas absorption in porous media. The system stability is experimentally investigated and measurements are performed on balsa and pine wood to evaluate the relative optical porosity (ROP). ROP is defined as the ratio between the absorption path lengh and the mean optical path length (MOPL). The ROP for balsa is 70% and pine 30%.
Abstract (Swedish)
Populärvetenskaplig sammanfattning
Spektroskopi handlar om teoretiska modeller och experiment där man observerar ljus som har växelverkat med materia. Spektroskopiska metoder används inom många olika ämnesområden som exempelvis kemi, fysik och biologi. Ett jordnära exempel på tillämpad spektroskopi är människans öga. Reflekterat ljus från olika föremål samlas in av linsen i ögat, avbildas på näthinnan och genom elektriska signaler i synapserna överförs
informationen till hjärnan. De synliga våglängderna som männinskan kan uppfatta utgör bara en liten del av hela det elektromagnetiska spektrumet, som stäcker sig från gammastrålning till radiovågor.

Materia absorberar elektromagnetisk strålning genom att atomer i olika atomstrukturer... (More)
Populärvetenskaplig sammanfattning
Spektroskopi handlar om teoretiska modeller och experiment där man observerar ljus som har växelverkat med materia. Spektroskopiska metoder används inom många olika ämnesområden som exempelvis kemi, fysik och biologi. Ett jordnära exempel på tillämpad spektroskopi är människans öga. Reflekterat ljus från olika föremål samlas in av linsen i ögat, avbildas på näthinnan och genom elektriska signaler i synapserna överförs
informationen till hjärnan. De synliga våglängderna som männinskan kan uppfatta utgör bara en liten del av hela det elektromagnetiska spektrumet, som stäcker sig från gammastrålning till radiovågor.

Materia absorberar elektromagnetisk strålning genom att atomer i olika atomstrukturer ändrar sitt energitillstånd genom att absorbera ett ljuskvanta, även kallat en foton. De energitillstånd som en elektron kan befinna sig i är kvantiserade och varje sorts atom och molekyl uppvisar ett unikt spektrum eller fingeravtryck som svarar mot energitillstånd dess
elektroner kan befinna sig i.

I detta projekt har absorptionspektroskopi medelst diodlasrar använts för att undersöka molekylärt syre som är imbäddat i porösa material. Genom att undersöka hur mycket av det smalbandiga ljus som matchar gasens absorption som passerar det porösa provet, så kan man få en ide om hur mycket molekylärt syre som är inbäddat i porerna vilket indirekt är
ett mått på materialets porositet. Denna metod används här i ett integrerat system tillsammans med en annan teknik där man istället tittar på den fasförskjutning som uppstår på grund av ljusets spridning när det fortplantar sig genom det porösa materialet. Detta görs genom att låta diod laserns ljus variera i intensitet likt en våg,. Om man jämför ljuset
som går igenom provet med en referens-våg så kan man fastställa en fasföskjutning, vilken innehåller information om den extra optiska väglängd som ljuset har tagit på grund av spridning i materialet, vilket har gjort att ljuset inte kunnat ta den snabbaste vägen igenom.
Genom dessa två mätmetoder kan optiska egenskaper av materialet utvärderas. I dessa experiment används en parameter som kallas för den relativa optiska porositeten och är definerad som kvoten mellan den väglängd ljuset behöver färdas i luft för att uppmäta samma gasabsorption som den har i det porösa materialet och den optiska väglängden genom provet.

För att verifiera tekniken har mätningar gjorts på tall och balsaträd. Experimenten visar att denna mätmetod ger relativt jämna resultat. Med tall har en relativ optisk porösitet på 70% uppmätts, medan för balsaträd är den 30%. Dessa data är användbara för att karakterisera materialet – som t.ex. för att ta reda på nedbrytningsgraden i arkeologiska träföremål. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Larsson, Jim LU
supervisor
organization
course
FYSK01 20121
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
Spectroscopy, Wood, Equipment and techniques
language
English
id
3049499
date added to LUP
2012-09-06 09:38:00
date last changed
2012-11-12 22:11:39
@misc{3049499,
  abstract     = {In this thesis a novel spectroscopic method consisting of a combination of frequency domain photon migration (FPDM) and gas in scattering media absorption spectroscopy (GASMAS) is developed, for assessment of the mean optical path length and gas absorption in porous media. The system stability is experimentally investigated and measurements are performed on balsa and pine wood to evaluate the relative optical porosity (ROP). ROP is defined as the ratio between the absorption path lengh and the mean optical path length (MOPL). The ROP for balsa is 70% and pine 30%.},
  author       = {Larsson, Jim},
  keyword      = {Spectroscopy,Wood,Equipment and techniques},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Development of a spectroscopic technique for assessment of optical properties and gas content in porous turbid media},
  year         = {2012},
}