Том 22, номер 12, статья № 3

Аннотация:

На основе численного решения нестационарного уравнения переноса методом Монте-Карло устанавливаются параметрические границы и физический механизм возникновения эффекта расщепления фемтосекундного лазерного импульса в сильно рассеивающей среде. Показано, что эффект расщепления, приводящий к бимодальной конфигурации огибающей импульса, проявляется в ограниченной области значений коэффициента рассеяния дисперсной среды и фактора анизотропии индикатрисы рассеяния. Эффект зафиксирован при длительностях импульса менее 800 фс; существенную роль играют геометрические условия регистрации сигнала. При оптимальном выборе параметров временная конфигурация рассчитанных сигналов находится в хорошем качественном соответствии с известными экспериментальными данными. Учет тонкой временной структуры пропущенного сигнала и многопараметрическая зависимость ожидаемого эффекта потребовали определенной модификации локальных алгоритмов статистического моделирования, которые изложены в Приложении.

Ключевые слова:

рассеяние света, фемтосекундный импульс, метод Монте-Карло

Список литературы:

1. Optical Tomography and Spectroscopy of Tissue VI // Proc. SPIE. Int. Soc. Opt. Eng. 2005. V. 5693. 301 p.
2. LIDAR: range-resolved optical remote sensing of the atmosphere / Claus Weitkamp, ed. Singapore: Springer Science+Business Media Inc., 2005. 451 p.
3. Moreno N., Bougourd S., Haseloff J. Imaging Plant Cells // Handbook of Biological Confocal Microscopy / J.B. Pawley, ed. N.-Y.: Springer Science, 2006. 790 p.
4. Желтиков А.М. Сверхкороткие импульсы и методы нелинейной оптики. М.: Наука, 2006. 261 с.
5. Yoo K.M., Alfano R.R. Time-resolved coherent and incoherent components of forward light scattering in random media // Opt. Lett. 1990. V. 15. N 6. P. 320-323.
6. Liu F., Yoo K.M., Alfano R.R. Ultrafast laser-pulse transmission and imaging through biological tissue // Appl. Opt. 1993. V. 32. N 4. P. 554-558.
7. Wang L., Ho P.P., Zhang G., Alfano R.R. Ballistic 2-D imaging through scattering walls using an ultrafast optical Kerr gate // Science. 1991. V. 253. N 8. P. 769-771.
8. Andreoni A., Bondani M., Brega A., Paleari F., Spinelli A.S. Detection of nondelayed photons in the forward-scattering of picosecond pulses // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. N 10. P. 2457-2460.
9. Calba C., Mees L., Rose C., Girasole T. Ultrashort pulse propagation through a strongly scattering medium: simulation and experiments // J. Opt. Soc. Amer. A. 2008. V. 25. N 7. P. 1541-1550.
10. Podgaetsky V.M., Tereshchenko S.A., Smirnov A.V., Vorob'ev N.S. Bimodal temporal distribution of photons in ultrashort laser pulse passed through a turbid medium // Opt. Commun. 2000. V. 180. N 4-6. P. 217-223.
11. Терещенко С.А., Подгаецкий В.М., Воробьев Н.С., Смирнов А.В. Условия прохождения коротких оптических импульсов через сильно рассеивающую среду // Квант. электрон. 1996. Т. 23. № 3. С. 265-268.
12. Терещенко С.А., Подгаецкий В.М., Воробьев Н.С., Смирнов А.В. Осевая и диффузная модели прохождения лазерного импульса через сильно рассеивающую среду // Квант. электрон. 2004. Т. 34. № 6. С. 541-544.
13. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Т. 1. М.: Мир, 1981. 280 с.
14. Ishimary A. Diffusion of a pulse in densely distributed scatterers // J. Opt. Soc. Amer. 1978. V. 68. N 9. P. 1045-1050.
15. Patterson M.S., Chance B., Wilson B.C. Time resolved reflectance and transmittance for the invasive measurements of tissue optical properties // Appl. Opt. 1989. V. 28. N 12. P. 2331-2336.
16. Креков Г.М., Крекова М.М., Самохвалов И.В. К вопросу о деформации коротких световых импульсов в модельных рассеивающих средах // Изв. вузов. Физ. 1969. № 5. С. 150-153.
17. Bucher E.A. Computer simulation of light pulse propagation for communication through thick clouds // Appl. Opt. 1973. V. 12. N 10. P. 2391-2400.
18. Zaccanti G. Monte Carlo study of light propagation in optically thick media: point source case // Appl. Opt. 1991. V. 30. N 15. P. 2031-2037.
19. Jacques S.L. Time resolved propagation of ultrashort laser pulses within turbid tissues // Appl. Opt. 1989. V. 28. N 12. P. 2223-2229.
20. Сергеева Е.А., Кириллин М.Ю., Приезжев А.В. Распространение фемтосекундного импульса в рассеивающей среде: теоретический анализ и численное моделирование // Квант. электрон. 2006. Т. 36. № 11. С. 1023-1031.
21. Михайлов Г.А. Оптимизация весовых методов Монте-Карло. М.: Наука, 1987. 187 с.
22. Креков Г.М., Орлов В.М., Белов В.В. Имитационное моделирование в задачах оптического дистанционного зондирования. Новосибирск: Наука, 1988. 164 с.
23. http://www.medphys.ucl.ac.uk/research/borg/homepages/davek/phd/chapter7
24. Воробьев Н.С., Подгаецкий В.М., Смирнов А.В., Терещенко С.А. Наблюдение временного разделения фотонов в лазерном УКИ, прошедшем через рассеивающую среду // Квант. электрон. 1999. Т. 28. № 8. С. 181-182.
25. Kutis I.S., Sapozhnikova V.V., Kuranov R.V., Kamenskii V.A. Study of the morphological and functional state of higher plant tissues by optical coherence microscopy and optical coherence tomography // Russian Journal of Plant Physiology. 2005. V. 52. N 4. P. 559-564.
26. Reeves A., Parson R.L., Hettinger J.W. In vivo three-dimensional imaging of plants with optical coherence microscopy // J. Microsc. 2002. V. 208. N 3. P. 177-189.
27. Johanson J., Berg R., Pifferi A., Svanberg A., Bjorn L.O. Time-resolved studies of light propagation in Crassula and Phaseolus leaves // Photochem. and Photobiol. 1999. V. 69. N 2. P. 242-247.
28. Креков Г.М., Крекова М.М., Лисенко А.А. Радиационные характеристики растительного листа // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22. № 4. C. 397-410.