Статистическое моделирование деполяризующих свойств оптически плотных дисперсных систем в режиме малоуглового рассеяния зондирующего излучения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены результаты статистического моделирования эффекта убывания степени поляризации линейно поляризованного лазерного пучка при распространении вперед в многократно рассеивающих ансамблях сферических диэлектрических частиц с различными значениями волнового параметра. Алгоритм моделирования основан на итеративной процедуре трансформации векторов Джонса парциальных составляющих рассеянного светового поля в последовательностях актов рассеяния, реализуемой с использованием метода Монте-Карло. В качестве параметров, характеризующих скорость убывания степени линейной поляризации лазерного излучения, рассмотрены среднее число актов рассеяния, соответствующее убыванию степени поляризации в $e$ раз, и отношение характерной длины поляризации к транспортной длине распространения излучения в ансамбле частиц. Установлено, что максимальное значение длины деполяризации достигается при значениях волнового параметра частиц в окрестностях первого резонанса Ми на зависимости фактора эффективности рассеяния от диаметра частиц. Результаты моделирования сопоставлены с экспериментальными и теоретическими данными, полученными с использованием гибридного подхода в рамках диффузионного приближения теории переноса излучения.

Об авторах

Анна Андреевна Исаева

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

ORCID iD: 0000-0002-2925-2733
SPIN-код: 6741-7956
Россия, 410054, г. Саратов, Политехническая ул., 77

Елена Андреевна Исаева

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

ORCID iD: 0000-0003-0407-312X
SPIN-код: 1166-2738
Россия, 410054, г. Саратов, Политехническая ул., 77

Анатолий Владимирович Скрипаль

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-9080-0057
SPIN-код: 3794-5749
Scopus Author ID: 7004556902
ResearcherId: P-8206-2014
Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Дмитрий Александрович Зимняков

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

ORCID iD: 0000-0002-9787-7903
SPIN-код: 1918-5220
Россия, 410054, г. Саратов, Политехническая ул., 77

Список литературы

  1. Aiello A., Woerdman J. P. Physical bounds to the entropy-depolarization relation in random light scattering // Physical Review Letters. 2005. Vol. 94, iss. 9. Art. 090406. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.090406
  2. Puentes G., Voigt D., Aiello A., Woerdman J. P. Experimental observation of universality in depolarized light scattering // Optics Letters. 2005. Vol. 30, iss. 23. P. 3216–3218. https://doi.org/10.1364/OL.30.003216
  3. Brosseau C., Bicout D. Entropy production in multiple scattering of light by a spatially random medium // Physical Review E. 1994. Vol. 50, iss. 6. P. 4997–5005. https://doi.org/10.1103/physreve.50.4997
  4. Vynck K., Pierrat R. Multiple scattering of polarized light in disordered media exhibiting short-range structural correlations // Physical Review A. 1994. Vol. 94, iss. 3. Art. 033851. https://doi.org/10.1103/physreva.94.033851
  5. MacKintosh F. C., Zhi J. X., Pine D. J., Weitz D. A. Polarization memory of mutiply scattered light // Physical Review B. 1989. Vol. 40, iss. 13. P. 9342–9345. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.40.9342
  6. Pires H. D., Monken C. H. On the statistics of the entropy-depolarization relation in random light scattering // Optics Express. 2008. Vol. 16, iss. 25. P. 210059–210068. https://doi.org/10.1364/oe.16.021059
  7. MacKintosh F. C., John S. Diffusing-wave spectroscopy and multiple scattering of light in correlated random media // Physical Review B. 1989. Vol. 40, iss. 4. P. 2383–2406. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.40.2383
  8. Nieuwenhuizen Th. M., Van Rossum M. C. W. Intensity distributions of waves transmitted through a multiple scattering medium // Physical Review Letters. 1995. Vol. 74, iss. 14. P. 2674–2677. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.74.2674
  9. Simon B. N., Simon S., Mukunda N., Gori F., Santarsiero M., Borghi R., Simon R. A complete characterization of pre-Mueller and Mueller matrices in polarization optics // Journal of the Optical Society of America A. 2010. Vol. 27, iss. 2. P. 188–199. https://doi.org/10.1364/JOSAA.27.000188
  10. Ortega-Quijano N., Arce-Diego J. L. Mueller matrix differential decomposition // Optics Letters. 2011. Vol. 36, iss. 10. P. 1942–1946. https://doi.org/10.1364/OL.36.001942
  11. Dremin V., Zharkikh E. V., Lopushenko I., Marcinkevics Z., Bykov A. V., Meglinski I. Incremental residual polarization caused by aging in human skin // Journal of Biomedical Optics. 2024. Vol. 29, iss. 5. P. 052912–052922. https://doi.org/10.1117/1.JBO.29.5.052912
  12. Mann P., Thapa P., Nayyar V., Surya V., Mishra D., Mehta D. Multispectral polarization microscopy of different stages of human oral tissue: A polarization study // Journal of Biophotonics. 2024. Vol. 17, iss. 2. P. e202300236–e202300246. https://doi.org/10.1002/jbio.202300236
  13. Gassner C., Vongsvivut J., Ng S. H., Ryu M., Tobin M. J., Juodkazis S., Morikawa J., Wood B. R. Linearly polarized infrared spectroscopy for the analysis of biological materials // Society for Applied Spectroscopy. 2023. Vol. 77, iss. 9. P. 977–1008. https://doi.org/10.1177/00037028231180233
  14. Song J., Zeng N., Guo W., Guo J., Ma H. Stokes polarization imaging applied for monitoring dynamic tissue optical clearing // Biomedical Optics Express. 2021. Vol. 12, iss. 8. P. 4821–4836. https://doi.org/10.1364/BOE.426653
  15. Kapahi C., Silva A. E., Cory D. G., Kulmaganbetov M., Mungalsingh M. A., Pushin D. A., Singh T., Thompson B., Sarenac D. Measuring the visual angle of polarization-related entoptic phenomena using structured light // Biomedical Optics Express. 2024. Vol. 15, iss. 2. P. 1278–1287. https://doi.org/10.1364/BOE.507519
  16. Pham T. T. H., Quach T. N. N., Vo Q. H. Q. Analysis of polarization features of human breast cancer tissue by Mueller matrix visualization // Journal of Biomedical Optics. 2024. Vol. 29, iss. 5. Art. 052917. https://doi.org/10.7868/S0869565214260041
  17. Twersky V. On propagation in random media of discrete scatterers // Proceedings of Symposia in Applied Mathematics. 1964. Vol. 16. P. 84–116. https://doi.org/10.1090/psapm/016/0163605
  18. Parnell W. J., Abrahams I. D. Multiple point scattering to determine the effective wavenumber and effective material properties of an inhomogeneous slab // Waves in Random Complex Media. 2010. Vol. 20, iss. 4. P. 678–701. https://doi.org/10.1080/17455030.2010.510858
  19. Gower A. L., Parnell W. J., Abrahams I. D. Multiple waves propagate in random particulate materials // SIAM Journal on Applied Mathematics. 2019. Vol. 79, iss. 6. P. 2569–2592. https://doi.org/10.1137/18M122306X
  20. Mishchenko M. I. Vector radiative transfer equation for arbitrarily shaped and arbitrarily oriented particles: A microphysical derivation from statistical electromagnetics // Applied Optics. 2002. Vol. 41, iss. 33. P. 7114–7134. https://doi.org/10.1364/AO.41.007114
  21. Yang W., Jin X., Gao X. Vector radiative transfer equation for arbitrary shape particles derived from Maxwell’s electromagnetic theory // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2021 Vol. 265. Art. 107307. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.107307
  22. Ghosh N., Wood M. F. G., Vitkin I. A. Mueller matrix decomposition for extraction of individual polarization parameters from complex turbid media exhibiting multiple scattering, optical activity, and linear birefringence // Journal of Biomedical Optics. 2008. Vol. 13, iss. 4. Art. 044036. https://doi.org/10.1117/1.2960934
  23. Wood M. F. G., Guo X., Vitkin I. A. Polarized light propagation in multiply scattering media exhibiting both linear birefringence and optical activity: Monte Carlo model and experimental methodology // Journal of Biomedical Optics. 2007. Vol. 12, iss. 1. Art. 014029. https://doi.org/10.1117/1.2434980
  24. Zimnyakov D. A. On some manifestations of similarity in multiple scattering of coherent light // Waves Random Media. 2000. Vol. 10, iss. 4. P. 417–434. https://doi.org/10.1088/0959-7174/10/4/302
  25. Зимняков Д. А., Синичкин Ю. П. О предельном значении степени остаточной поляризации некогерентного обратно рассеянного излучения при многократном рассеянии линейно поляризованного света // Оптика и спектроскопия. 2001. Т. 91, № 1. С. 113–119. EDN: MQESRR
  26. Зимняков Д. А., Синичкин Ю. П. Поляризационная визуализация рассеивающих сред с помощью непрерывного лазерного излучения // Оптика и спектроскопия. 2000. Т. 88, № 6. С. 1015–1022.
  27. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешности результатов измерений. Ленинград : Энергоатомиздат, 1991. 304 с.
  28. Ishimaru A. Wave propagation arid scattering in random media. New York : Academic, 1978. 600 p.
  29. Борен К., Хафмен Д. Рассеяние и поглощение света малыми частицами. Москва : Мир, 1986. 564 c.
  30. Henyey L. G., Greenstein J. L. Diffuse radiation in the Galaxy // Astrophysical Journal. 1941. Vol. 93. P. 70–83. https://doi.org/10.1086/144246
  31. Bezludnaya I. S., Chernova S. P., Pravdin A. B. On one approach to description of multilayer tissue fluorescence // Proceedings. Vol. 4241: Saratov Fall Meeting 2000: Optical Technologies in Biophysics and Medicine II. 2001. P. 290–296. https://doi.org/10.1117/12.431534
  32. Bicout D., Brosseau C., Martinez A. S., Schmitt J. M. Depolarization оf multiply scattering waves by spherical diffusers: Influence оf size parameter // Physical Review E. 1994. Vol. 49, iss. 2. P. 1767–1770. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.49.1767

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».