HIDDEN COHERENT STRUCTURE AND PHASE CORRELATIONS OF UNPOLARIZED LIGHT IN MULTIPLE SCATTERING

Мұқаба
  • Авторлар: Meglinski I.V.1,2, Tuchin V.V.3,4,5
  • Мекемелер:
    1. Aston Institute of Photonic Technologies, College of Engineering & Physical Sciences, Aston University
    2. I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenovskiy University)
    3. Institute of Physics, Saratov State University
    4. Science Medical Center, Saratov State University
    5. Institute of Precision Mechanics and Control, FRC "Saratov Scientific Center of the Russian Academy of Sciences"
  • Шығарылым: Том 524, № 1 (2025)
  • Беттер: 23-32
  • Бөлім: ФИЗИКА
  • URL: https://journal-vniispk.ru/2686-7400/article/view/356208
  • DOI: https://doi.org/10.7868/S3034508125050044
  • ID: 356208

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

A new conceptual interpretation of the nature of depolarized light is presented. According to this view, light undergoing multiple scattering in a turbid, disordered medium, although formally unpolarized, retains a hidden coherent structure. In contrast to light from incoherent sources (e.g., natural sunlight), which consists of short, uncorrelated wave packets, scattered coherent laser light can be understood as a systematically organized superposition of circularly polarized components with opposite helicities and stable phase relationships. It is shown that the apparent depolarization of scattered light arises not from complete randomization, but from a structured overlap of left- and right-circularly polarized wave packet pairs, indicating the presence of macroscopic phase correlations in the scattered field within optically dense dispersive medium, such as a biological tissue. These findings significantly expand the potential of biomedical polarimetry, revealing its capability to act as a functional analogue of quantum sensing, capable of detecting and exploiting entangled phase states that emerge naturally from coherent scattering events in biological medium.

Авторлар туралы

I. Meglinski

Aston Institute of Photonic Technologies, College of Engineering & Physical Sciences, Aston University; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenovskiy University)

Email: tuchinvy@mail.ru
Birmingham, The United Kingdom; Moscow, Russia

V. Tuchin

Institute of Physics, Saratov State University; Science Medical Center, Saratov State University; Institute of Precision Mechanics and Control, FRC "Saratov Scientific Center of the Russian Academy of Sciences"

Saratov, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Meglinski I., Novikova T., Dholakia K. Polarization and orbital angular momentum of light in biomedical applications: Feature issue introduction // Biomed. Opt. Express. 2021. V. 12. 6255.
  2. He C., He H., Chang J. et al. Polarisation optics for biomedical and clinical applications: a review // Light Sci. Appl. 2021. V. 10. 194.
  3. Qi J., Elson D.S. Mueller polarimetric imaging for surgical and diagnostic applications: a review // J. Biophoton. 2017. V. 10. P. 950–982.
  4. Tuchin V.V. Polarized light interaction with tissues // J. Biomed. Opt. 2016. V. 21 (7). 071114.
  5. Kunnen B., Macdonald C., Doronin A., Jacques J., Eccles M., Meglinski I. Application of circularly polarized light for non-invasive diagnosis of cancerous tissues and turbid tissue-like scattering media // J. Biophoton. 2015. V. 8. P. 317–323.
  6. Кузьмин В.Л., Меглинский И.В. Зависимость круговой поляризации обратно-рассеянного света в случайных средах от анизотропии рассеивателей // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 108. № 1. C. 105–112.
  7. Кузьмин В.Л., Меглинский И.В. Аномальные поляризационные эффекты при рассеянии света в случайных средах // ЖЭТФ. 2010. Т. 137. № 5. C. 848–860.
  8. Macdonald C.M., Jacques S.L., Meglinski I.V. Circular polarization memory in polydisperse scattering media // Phys. Rev. E. 2015. V. 91. 033204.
  9. Bicout D., Brosseau C., Martinez A.S., Schmitt J.M. Depolarization of multiply scattered waves by spherical diffusers: Influence of the size parameter // Phys. Rev. E. 1994. V. 49. 1767.
  10. Hielscher A.H., Mourant J.R., Bigio I.J. Influence of particle size and concentration on the diffuse backscattering of polarized light from tissue phantoms and biological cell suspensions // Appl. Opt. 1997. V. 36. 125.
  11. Rojas-Ochoa L.F., Lacoste D., Lenke R., Schurtenberger P., Scheffold F. Depolarization of backscattered linearly polarized light // J. Opt. Soc. Am. A. 2004. V. 21. 1799.
  12. Goldstein D. Polarized Light. N.Y.: Dekker, 2003.
  13. Compact Polarimeter PAX1000 Operation Manual. Bergkirchen, Ger.: Thorlabs GmbH, 2022.
  14. Collett E., Schaefer B. Polarized Light for Scientists and Engineers. Polawave Group, Incorporated, 2012.
  15. Zhmyakov D.A., Sinichkin Y.P., Zakharov P.V., Agafonov D.N. Residual polarization of non-coherently backscattered linearly polarized light: the influence of the anisotropy parameter of the scattering medium // Waves in Random Media. 2001. V. 11 (4). P. 395–412.
  16. Meglinski I. et al. Shedding the Polarized Light on Biological Tissues. Singapore: Springer, 2021. (Springer Briefs in Applied Sciences and Technology).
  17. Городищев Е.Е., Кузовцев А.И., Роговиц Д.Б. Условия сохранения циркулярной поляризации света в сильно рассеивающих средах // Квантовая электроника. 2016. V. 46 (10). P. 947–952.
  18. MacKintosh F.C., Zhu J.X., Pine D.J., Weitz D.A. Polarization memory of multiply scattered light // Phys. Rev. B. 1989. V. 40 (13). P. 9342–9345.
  19. Zimnyakov D.A. On some manifestations of similarity in multiple scattering of coherent light // Waves in Random Media. 2000. V. 10 (4). P. 417–434.
  20. Zimnyakov D.A., Tuchin V.V., Yodh A.G. Characteristic scales of optical field depolarization and decorrelation for multiple scattering media and tissues // J. Biomed. Opt. 1999. V. 4. P. 157–163.
  21. Lopushenko I., Bykov A., Meglinski I. Depolarization composition of the back-scattered circularly polarized light // Phys. Rev. A. 2023. V. 108. LO41502.
  22. Lopushenko I., Sieryi O., Bykov A., Meglinski I. Exploring the evolution of circular polarized light backscattered from turbid tissue-like disperse medium utilizing generalized Monte Carlo modeling approach with a combined use of Stokes and Jones-Mueller formalisms // J. Biomed. Opt. 2024. V. 29 (5). 052913.
  23. Wolf E. Coherence properties of partially polarized electromagnetic radiation // Nuovo Cim. 1959. V. 13. P. 1165–1181.
  24. Бори М., Волоф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 719 с.
  25. Meglinski I., Lopushenko I., Sdobnov A., Bykov A. Phase preservation of orbital angular momentum of light in multiple scattering environment // Light Sci. Appl. 2024. V. 13. 214.
  26. Khanom F., Mohamed N., Lopushenko I., Sdobnov A., Doronin A., Bykov A., Rafailov E. Meglinski I. Twists Through Turbidity: Propagation of Light Carrying Orbital Angular Momentum through a Complex Scattering Medium // Sci. Rep. 2024. V. 14. 20662.
  27. Zhang Y. et al. Quantum imaging of biological organisms through spatial and polarization entanglement // Sci. Adv. 2024. № 10. eadk1495.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

© Russian Academy of Sciences, 2025

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».