Для цитирования:
Исаева А. А., Исаева Е. А., Скрипаль А. В., Зимняков Д. А. Статистическое моделирование деполяризующих свойств оптически плотных дисперсных систем в режиме малоуглового рассеяния зондирующего излучения // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2025. Т. 25, вып. 2. С. 281-294. DOI: 10.18500/1816-9791-2025-25-2-281-294, EDN: ZNKFMP
Статистическое моделирование деполяризующих свойств оптически плотных дисперсных систем в режиме малоуглового рассеяния зондирующего излучения
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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешности результатов измерений. Ленинград : Энергоатомиздат, 1991. 304 с.
- Ishimaru A. Wave propagation arid scattering in random media. New York : Academic, 1978. 600 p.
- Борен К., Хафмен Д. Рассеяние и поглощение света малыми частицами. Москва : Мир, 1986. 564 c.
- 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
- 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
- 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
- 329 просмотров