High-precision light scattering measurements of single, absorbing aerosol particles pose a challenge as the strong attenuation of light results in featureless spectra. Using the Kramers-Kronig relations and broadband light scattering, we develop and implement a method for the retrieval of both the size and the complex refractive index of particles that are strongly absorbing across large spectral regions. This method is validated using both synthetic spectra and scattered light intensity measurements from single dye-doped polystyrene beads of known radii that are held using a photophoretic trap.
REFERENCES
1.
A.
Rafferty
and T. C.
Preston
, Phys. Chem. Chem. Phys.
20
, 17038
(2018
). 2.
P.
Li
, K.
Shi
, and Z.
Liu
, Opt. Lett.
30
, 156
(2005
). 3.
L. J. N.
Lew
, M. V.
Ting
, and T. C.
Preston
, Appl. Opt.
57
, 4601
(2018
). 4.
G.
David
, K.
Esat
, I.
Ritsch
, and R.
Signorell
, Phys. Chem. Chem. Phys.
18
, 5477
(2016
). 5.
R. E. H.
Miles
, J. S.
Walker
, D. R.
Burnham
, and J. P.
Reid
, Phys. Chem. Chem. Phys.
14
, 3037
(2012
). 6.
T. C.
Preston
and J. P.
Reid
, J. Opt. Soc. Am. B
30
, 2113
(2013
). 7.
T. C.
Preston
and J. P.
Reid
, J. Opt. Soc. Am. A
32
, 2210
(2015
). 8.
A. E.
Carruthers
and J. P.
Reid
, Opt. Express
18
, 14238
(2010
). 9.
S. H.
Jones
, M. D.
King
, and A. D.
Ward
, Phys. Chem. Chem. Phys.
15
, 20735
(2013
). 10.
S. H.
Jones
, M. D.
King
, and A. D.
Ward
, Chem. Comm.
51
, 4914
(2015
). 11.
M.
Guillon
, R. E.
Miles
, J. P.
Reid
, and D.
McGloin
, New J. Phys.
11
, 103041
(2009
). 12.
H.
Moosmüller
, R. K.
Chakrabarty
, and W. P.
Arnott
, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf.
110
, 844
(2009
). 13.
R.
Omori
, T.
Kobayashi
, and A.
Suzuki
, Opt. Lett.
22
, 816
(1997
). 14.
K. J.
Knox
and J. P.
Reid
, J. Phys. Chem. A
112
, 10439
(2008
). 15.
K.
Gorkowski
, N. M.
Donahue
, and R. C.
Sullivan
, Environ. Sci. Process. Impacts
20
, 1512
(2018). 16.
J. F.
Davies
and K. R.
Wilson
, Anal. Chem.
88
, 2361
(2016
). 17.
B.
Redding
and Y.-L.
Pan
, Opt. Lett.
40
, 2798
(2015
). 18.
C.
Zhao
, Opt. Express
25
, 2496
(2017
). 19.
Y. L.
Pan
, C.
Wang
, S. C.
Hill
, M.
Coleman
, L. A.
Beresnev
, and J. L.
Santarpia
, Appl. Phys. Lett.
104
, 113507
(2014
). 20.
A.
Ashkin
, Phys. Rev. Lett.
24
, 156
(1970
). 21.
V. G.
Shvedov
, A. S.
Desyatnikov
, A. V.
Rode
, W. Z.
Krolikowski
, and Y. S.
Kivshar
, Opt. Express
17
, 5743
(2009
), e-print arXiv:0902.1205 22.
A. S.
Desyatnikov
, V. G.
Shvedov
, A. V.
Rode
, W.
Krolikowski
, and Y. S.
Kivshar
, Opt. Express
17
, 8201
(2009
). 23.
W. H.
Campos
, J. M.
Fonseca
, J. B. S.
Mendes
, M. S.
Rocha
, and W. A.
Moura-Melo
, Appl. Opt.
57
, 7216
(2018
). 24.
M.
Lewittes
, S.
Arnold
, and G.
Oster
, Appl. Phys. Lett.
40
, 455
(1982
). 25.
B.
Redding
, S. C.
Hill
, D.
Alexson
, C.
Wang
, and Y.-L.
Pan
, Opt. Express
23
, 3630
(2015
). 26.
C.
Wang
, Y. L.
Pan
, S. C.
Hill
, and B.
Redding
, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf.
153
, 4
(2015
). 27.
Z.
Gong
, Y.-L.
Pan
, and C.
Wang
, Rev. Sci. Instrum.
87
, 103014
(2016
). 28.
C.
Alpmann
, M.
Esseling
, P.
Rose
, C.
Denz
, C.
Alpmann
, M.
Esseling
, P.
Rose
, and C.
Denz
, Appl. Opt. Lett.
100
, 111101
(2012
). 29.
J. E.
Curtis
, B. A.
Koss
, and D. G.
Grier
, Opt. Commun.
207
, 169
(2002
). 30.
R. H.
Shepherd
, M. D.
King
, A.
Marks
, N.
Brough
, and A. D.
Ward
, Atmos. Chem. Phys.
18
, 5235
(2018
). 31.
A. D.
Ward
, M.
Zang
, and O.
Hunt
, Chem. Commun.
16
, 4515
(2006
). 32.
J. D.
Eversole
, H. B.
Lin
, A. L.
Huston
, A. J.
Campillo
, P. T.
Leung
, S. Y.
Liu
, and K.
Young
, J. Opt. Soc. Am. B
10
, 1955
(1993
). 33.
S. C.
Hill
, C. K.
Rushforth
, R. E.
Benner
, and P. R.
Conwell
, Appl. Opt.
24
, 2380
(1985
). 34.
P. R.
Conwell
, C. K.
Rushforth
, R. E.
Benner
, and S. C.
Hill
, J. Opt. Soc. Am. A
1
, 1181
(1984
). 35.
C. C.
Lam
, P. T.
Leung
, and K.
Young
, J. Opt. Soc. Am. B
9
, 1585
(1992
). 36.
A.
Bain
, A.
Rafferty
, and T. C.
Preston
, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf.
221
, 61
(2018
). 37.
P.
Chylek
, D.
Ngo
, and R. G.
Pinnick
, J. Opt. Soc. Am. A
9
, 775
(1992
). 38.
Y.
Zhou
, X.
Wang
, Q.
Wu
, Z.
Cong
, G.
Wu
, and M.
Ji
, Atmosphere
8
, 15
(2017
). 39.
H.
Moosmüller
, R. K.
Chakrabarty
, K. M.
Ehlers
, and W. P.
Arnott
, Atmos. Chem. Phys.
11
, 1217
(2011
). 40.
A.
Hoffer
, A.
Gelencsér
, P.
Guyon
, G.
Kiss
, O.
Schmid
, G. P.
Frank
, P.
Artaxo
, and M. O.
Andreae
, Atmos. Chem.Phys.
6
, 3563
(2006
). 41.
M. T.
Dohm
, A. M.
Potscavage
, and R. F.
Niedziela
, J. Phys. Chem. A
108
, 5365
(2004
). 42.
M.
Tang
, J. M.
Alexander
, D.
Kwon
, A. D.
Estillore
, O.
Laskina
, M. A.
Young
, P. D.
Kleiber
, and V. H.
Grassian
, J. Phys. Chem. A
120
, 4155
(2016
). 43.
M.
Schmitz
, T.
Rothe
, and A.
Kienle
, Biomed. Opt. Express
2
, 2665
(2011
). 44.
C. F.
Bohren
and D. R.
Huffman
, Absorption and Scattering of Light by Small Particles
(Wiley-VCH
, 1983
), p. 2845.
J. P.
Hawranek
, P.
Neelakantan
, R. P.
Young
, and R. N.
Jones
, Spectrochim. Acta Part A Mol. Spectrosc.
32
, 85
(1976
). 46.
J.
Gienger
, H.
Groß
, J.
Neukammer
, and M.
Bär
, Appl. Opt.
55
, 8951
(2016
). 47.
T.
Rothe
, M.
Schmitz
, and A.
Kienle
, J. Biomed. Opt.
17
, 117006
(2012
). 48.
T. C.
Preston
, Mie resonance fitting (MRFIT), http://www.meteo.mcgill.ca/~tpreston/code.html.49.
N.
Sultanova
, S.
Kasarova
, and I.
Nikolov
, Acta Phys. Pol. A
116
, 585
(2009
). © 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
