光散射理论及其应用技术

本书从光散射理论的起源到当今高科技的较新应用技术，较为系统地介绍了弹性光散射理论及其相关理论的主要应用。本书主要以生物细胞为应用对象，详细介绍散射理论（Mie散射、Rayleigh散射、衍射），生物细胞的建模方法及其近似散射理论，细胞散射特征分析，多体散射及其特征反演方法，虚拟仿真实验方法，透射光细胞相位成像理论及其应用技术，基于光散射理论下的流式细胞检测技术、尿沉渣检测技术、粒度分布分析仪等应用技术。本书将弹性光散射理论、建模方法、虚拟仿真实验技术与细胞检测技术完整地融为一体，充分体现了本书的系统性、科学优选性和应用价值。本书特别适合从事医学诊断、环境检测等领域科学研究及其应用的科技人员阅读，也适合与此密切相关学科、专业、方向的师生阅读。

前言
第1章光散射理论及其应用技术概论1
1.1光散射理论的发展简史1
1.2光散射理论的主要分类2
1.2.1弹性光散射2
1.2.2非弹性光散射2
1.2.3关于光散射的几个主要概念3
1.3光散射理论的主要应用4
1.3.1散射技术在细胞分类计数中的应用4
1.3.2光散射技术在尿沉渣检测中的应用6
1.3.3光散射技术在粒子计数中的应用6
1.3.4细胞分类识别的其他光散射应用技术8
1.4生物细胞光相位成像检测技术概况10
1.4.1定性相位成像技术11
1.4.2定量相位成像技术11
参考文献15
第2章散射理论基础19
2.1麦克斯韦方程组19
2.2光波与介质相互作用20
2.2.1非耗散介质20
2.2.2耗散介质21
2.3散射相关的基本物理量21
2.3.1散射截面Csca与散射系数Qsca22
2.3.2吸收截面Cabs与吸收系数Qabs22
2.3.3消光截面Cext与消光系数Qext22
2.3.4散射振幅函数、强度函数及其与诸系数的关系23
2.3.5颗粒群的散射截面和消光截面24
2.3.6颗粒散射与吸收的消光定律24
2.3.7光的偏振性25
参考文献26
第3章散射理论27
3.1Mie散射公式27
3.1.1光散射矢量波描述27
3.1.2球形颗粒Mie散射公式28
3.1.3高斯波束下的球形颗粒散射30
3.2Mie散射算法33
3.2.1Mie系数选代计算的算法33
3.2.2散射振幅和光散射强度的算法35
3.2.3效率参数的算法35
3.3Mie散射规律分析37
3.3.1光散射强度分布特征分析37
3.3.2偏振与波长的特征37
3.3.3散射理论的适用范围40
3.4Rayleigh散射公式40
3.5衍射散射理论41
3.5.1衍射散射概述41
3.5.2基尔霍夫衍射理论43
3.5.3夫琅禾费圆孔衍射44
3.5.4巴比涅原理和多颗粒的衍射46
3.5.5从Mie散射到衍射散射47
参考文献49
第4章光学建模及其散射近似理论51
4.1球形模型及其光散射51
4.1.1单球形模型及其散射近似51
4.1.2双球核式模型及其散射近似53
4.2椭球模型及其散射近似54
4.2.1椭球模型54
4.2.2单椭球模型下的近似理论及其散射分布特征56
4.2.3双椭球模型下的近似理论及其散射分布特征61
4.3有核双层偏心球模型及其散射71
4.3.1双层偏心球模型及其几何散射理论72
4.3.2双层偏心球模型下的光散射近似理论74
4.3.3算法流程及参数选择77
4.4光散射调制与细胞物理参量的关系79
4.4.1单核细胞光散射调制及其物理机理79
4.4.2次低频调制与细胞形态的关系81
4.4.3高频调制与细胞形态的关系83
参考文献84
第5章多体散射及其反演方法87
5.1基于Shifrin变换下的颗粒群尺度分布测试法87
5.1.1密集颗粒群的近前向散射87
5.1.2基于Shifrin变换下的反由方法88
5.1.3扩展衍射法测量下限的半经验方法89
5.1.4颗粒群粒径分布反演理论的实现方法92
5.2颗位群特征概率分布函数及反演方法94
5.2.1EPO面半椭圆组合模型及其散射理论94
5.2.2形貌概率分布函数P（n）和形貌影响因子函数T（n）96
5.2.3粒径、形貌概率分布函数P（d，n）及其反演方程97
5.3其他反演方法及其理论概述99
5.3.1积分变换法99
5.3.2病态方程求解法101
5.3.3遗传反演算法104
5.4基于辐射传播方程的复散射理论105
5.5任意形体颗粒群的多重光散射107
参考文献109
第6章光散射虚拟仿真应用技术112
6.1虚拟仿真系统112
6.1.1虚拟仿真系统概述112
6.1.2虚拟仿真系统的基本理论113
6.1.3虚拟仿真系统基本功能模块115
6.2仿真实验方法及其结果分析118
6.2.1劈尖与圆盘模型的相位仿真与结果118
6.2.2球模型的散射仿真与结果分析120
6.2.3核式模型的散射仿真与结果分析123
6.3虚拟仿真的其他应用范例125
6.3.1红细胞模型及其仿真结果125
6.3.2白细胞模型及其仿真结果129
参考文献136
第7章生物细胞成像理论与技术138
7.1细胞相位成像检测技术应用概况138
7.2相位成像主要理论及其技术140
7.2.1同轴定量相位成像140
7.2.2离轴定量相位成像141
7.2.3傅里叶变换光散射技术143
7.3细胞相位成像仿真计算144
7.3.1物光波的建立145
7.3.2干涉图的记录146
7.3.3相位的再现147
7.4相位成像与光散射技术的关系149
参考文献151
第8章光散射理论的重要应用技术155
8.1流式细胞仪155
8.1.1流式细胞术基本原理155
8.1.2流式细胞仪基本结构157
8.1.3流式细胞术的数据分析158
8.1.4流式细胞仪的主要应用及发展160
8.2激光粒度仪164
8.2.1激光粒度仪原理164
8.2.2激光粒度仪光学结构165
8.2.3激光粒度仪的主要应用168
8.3尿沉渣分析仪170
8.3.1流式细胞术尿沉渣分析仪原理171
8.3.2流式细胞术尿沉渣分析仪的结构171
8.4其他光散射技术的应用172
8.4.1蒸发光散射检测器172
8.4.2拉曼散射及其应用173
参考文献175