Новый подход к определению спектрального поглощения света морской водой в конической отражающей кювете с интегрирующей сферой

Определение спектрального поглощения света в море всегда сталкивается с трудностями сбора на приемном устройстве одновременно как лучей, прошедших определенное расстояние в среде после поглощения, так и всех рассеянных на этом пути фотонов. В применяющихся в настоящее время методах сбор всех рассеянных лучей осуществить не удается, поэтому приходится учитывать влияние потерянных фотонов на величину поглощения путем теоретического моделирования с последующей коррекцией значений. Предложен новый подход к определению спектрального поглощения света морских вод пропусканием расходящегося пучка сквозь измеряемую среду, помещенную в двустенную коническую отражающую кювету с интегрирующей сферой в качестве светоприемного коллектора. Применением расходящегося пучка можно увеличить длину конической кварцевой кюветы и, за счет повышения чувствительности, обеспечить определение спектрального поглощения света в большем диапазоне прозрачности морских вод. Для компенсации влияния возвращающегося в двустенную кювету диффузного излучения сферы на величину поглощения предложена двухлучевая схема с нормировкой по опорному потоку. Показано, что новый подход позволяет перенаправить к приемнику практически весь рассеянный свет и таким образом минимизировать ошибки определения поглощения света в слабо поглощающей среде. Для количественной оценки преимуществ нового способа были проведены расчеты геометрических параметров распространения рассеянного света для двустенной конусной кварцевой кюветы.

1. Gordon H.R., Morel A. Remote assessment of ocean color for interpretation of satellite visible imagery, a review // Lec ture notes on coastal and estuarine studies, vol. 4. New York: Springler Verlag, 1983. 114 p.

2. Ronald J., Zaneveld V., Bartz R. Beam attenuation and absorption meters // Proc. SPIE0489, Ocean Optics VII, (27 September 1984). doi:10.1117/12.943318

3. Левин И.М., Копелевич О.В. Корреляционные соотношения между первичными гидрооптическими характеристиками в спектральном диапазоне около 550 нм // Океанология. 2007. Т. 47, № 3. С. 374–379.

4. Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200–800 nm) // Applied Optics. 1981. Vol. 20, Iss. 2. P. 177–184. doi:10.1364/AO.20.000177

5. Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements // Applied Optics. 1997. Vol. 36, Iss. 33. P. 8710–8723. doi:10.1364/AO.36.008710

6. Nelson N.B., Prezelin B.B. Calibration of an integrating sphere for determining the absorption coefficient of scattering suspensions // Applied Optics. 1993. Vol. 32, Iss. 33. P. 6710–6717. doi:10.1364/AO.32.006710

7. Roos A. Interpretation of integrating sphere signal output for nonideal transmitting samples // Applied Optics. 1991. Vol. 30, Iss. 4. P. 468–474. doi:10.1364/AO.30.000468

8. Shibata K., Benson A.A., Calvin M. The absorption spectra of suspensions of living micro-organisms // Biochimica et Biophysica Acta. 1954. Vol. 15, Iss. 4. P. 461–470. doi:10.1016/0006-3002(54)90002-5

9. Latimer P. Apparent shifts of absorption bands of cell suspensions and selective light scattering // Science. 1958. Vol. 127. N 3288. P. 29–30. doi:10.1126/science.127.3288.29

10. Amesz J., Duysens L.N.M., Brandt D.C., Methods for measuring and correcting the absorption spectrum of scattering suspensions // Journal of Theoretical Biology. 1961. Vol. 1, Iss. 1. P. 59–74. doi:10.1016/0022-5193(61)90026-1

11. Latimer P., Eubanks C.A.H. Absorption spectrophotometry of turbid suspensions: a method of correcting for large systematic deviations // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1962. Vol. 98, Iss. 2. P. 274–285. doi:10.1016/0003-9861(62)90184-4

12. Bruls W.A.G., J.C. van der Leuin. The use of diffusers in the measurement of transmission of human epidermal lay ers // Photochemistry and Photobiology. 1982. Vol. 36, Iss. 6. P. 709–713. doi:10.1111/j.1751–1097.1982.tb09493.x

13. Naqvi K. Razi, Melø T.B., Raju B. Bangar, Javorfi T., Garab G. Comparison of the absorption spectra of trimers and ag gregates of chlorophyll a/b light-harvesting complex LHC II // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolec ular Spectroscopy. 1997. Vol. 53, Iss. 11. P. 1925–1936.

14. Погосян С.И., Дургарян А.М., Конюхов И.В., Чикунова О.Б., Мерзляк М.Н. Абсорбционная спектроскопия ми кроводорослей, цианобактерий и растворенного органического вещества: измерения во внутренней полости интегрирующей сферы // Океанология. 2009. Т. 49, № 6. С. 934–939.

15. Глуховец Д.И., Шеберстов С.В., Копелевич О.В., Зайцева А.Ф., Погосян С.И. Измерения показателя поглощения морской воды с помощью интегрирующей сферы // Светотехника. 2017. № 5. С. 39–43.

16. Fry E.S., Kattavar G.W., Pope R.M. Integrating cavity Absorption Meter // Applied Optics. 1992. Vol. 31. P. 2055–2065. doi:10.1364/AO.31.002055

17. Ли М.Е., Шибанов Е.Б. Исследование преимуществ определения спектрального поглощения света в море в кварцевой кювете конусной формы // Труды XII Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы оптики естественных вод». М.: Издательство «ИО РАН», 2023. 267 с. С. 33–40. doi:10.29006/978-5-6051054-4-2-2023

18. Ли М.Е., Шибанов Е.Б. Концепция нового подхода к определению спектрального поглощения света в прозрачной морской воде // Труды XII Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы оп тики естественных вод». М.: Издательство «ИО РАН», 2023. 267 с. С. 118–123. doi:10.29006/978-5-6051054-4-2-2023

19. Маньковский В.И. О соотношении между интегральным показателем рассеяния света морских вод и показателем рассеяния в фиксированном направлении // Морские гидрофизические исследования. 1971. № 6 (56). С. 145–154.

20. Takashima T. A new approach of the adding method for computations of emergent radiation of an inhomogeneous plane parallel atmosphere // Astrophysics and Space Science. 1975. Vol. 36. P. 319–328. doi:10.1007/BF00645257

21. Маньковский В.И., Соловьев М.В., Маньковская Е.В. Гидрооптические характеристики Черного моря. Справоч ник. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009. 90 с.