Statistical modeling of the depolarizing properties of optically dense dispersive systems in the small-angle scattering mode of probe light propagation

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Results of statistical modeling of the polarization degree decay in the case of forward propagation of a linearly polarized laser beam in multiple scattering dispersive systems are presented. Disordered ensembles of dielectric spherical particles with various values of the wave parameter are considered as these dispersive systems. The modeling algorithm is based on an iterative transformation of the Jones vectors for partial components of the multiple scattered light fields in the considered systems due to random sequences of scattering events; the transformation procedure is provided using the Monte-Carlo simulation. The average number of scattering events corresponding to the $1/e$ decay of the polarization degree, and the ratio of the depolarization length to the mean transport free path of probe light in the scattering systems are considered as the key parameters. It was found that the maximal depolarization length is achieved in the case when the wave parameter of scattering particles is close to the value corresponding to the first Mie resonance of the dependence of the scattering efficiency on the wave parameter. The modeling results are compared to the experimental and theoretical data obtained using a hybrid approach in the framework of the diffusion approximation of radiative transfer theory.

Sobre autores

Anna Isaeva

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

ORCID ID: 0000-0002-2925-2733
Código SPIN: 6741-7956
Russia, 410054, Saratov, Politekhnicheskaya st., 77

Elena Isaeva

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

ORCID ID: 0000-0003-0407-312X
Código SPIN: 1166-2738
Russia, 410054, Saratov, Politekhnicheskaya st., 77

Anatoly Skripal

Saratov State University

ORCID ID: 0000-0002-9080-0057
Código SPIN: 3794-5749
Scopus Author ID: 7004556902
Researcher ID: P-8206-2014
Astrahanskaya str., 83, Saratov, Russia

Dmitry Zimnyakov

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

ORCID ID: 0000-0002-9787-7903
Código SPIN: 1918-5220
Russia, 410054, Saratov, Politekhnicheskaya st., 77

Bibliografia

  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

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

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».