МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ЗОНДИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В НИЗКОКОГЕРЕНТНОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ СЛУЧАЙНО-НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

Аннотация

Разработана математическая модель, описывающая статистические свойства пространственных флуктуаций многократно рассеянного узкополосного излучения, получаемого в результате спектральной селекции флуоресценции случайно-неоднородной среды, накачиваемой непрерывным лазерным излучением. Модель предназначена для количественной интерпретации экспериментальных данных, получаемых с использованием безопорного низкокогерентного рефлектометрического зондирования случайно-неоднородных сред. В данной модели в качестве зондирующего излучения используется излучение флуоресценции среды при её возбуждении непрерывным лазерным излучением Показано существование универсальной взаимосвязи между универсальными параметрами, вводимыми в модели и характеризующими перенос зондирующего излучения в среде в условиях спектральной селекции. Представленные экспериментальные данные подтверждают адекватность разработанной модели. 

DOI: 
10.18500/1817-3020-2018-18-1-4-15
Литература

1. Fujimoto J. G., Brezinski M. E., Tearney G. J., Boppart S. A., Bouma B., Hee M. R., Southern J. F., Swanson E. A. Optical biopsy and imaging using optical coherence tomography // Nature Medicine. 1995. Vol. 1, № 9. P. 970–972. 

2. Youngquist R. C., Carr S., Davies D. E. N. Optical coherence-domain refl ectometry : a new optical evaluation technique // Optics Letters. 1987. Vol. 12, № 3. P. 158–160. 

3. Schmitt J. M., Knüttel A., Bonner R. F. Measurement of optical properties of biological tissues by low-coherence refl ectometry // Applied Optics. 1993. Vol. 32, № 30. P. 6032–6042. 

4. Webster P. J. L., Yu J. X. Z., Leung B. Y. C., Anderson M. D., Yang V. X. D., Fraser J. M. In situ 24 kHz coherent imaging of morphology change in laser percussion drilling // Optics Letters. 2010. Vol. 35. P. 646–648. 

5. Walecki W., Wei F., Van P., Lai K., Lee T., Lau S.H., Koo A. Novel low coherence metrology for nondestructive characterization of high-aspect-ratio microfabricated and micromachined structures // Proc. SPIE. 2003. Vol. 5343. P. 55–63. DOI:10.1117/12.530749. 

6. Walecki W. J., Lai K., Souchkov V., Van P., Lau S., Koo A. Novel noncontact thickness metrology for backend manufacturing of wide bandgap light emitting devices // Physica status solidi (c). 2005. Vol. 2, № 3. P. 984–989. DOI:10.1002/pssc.200460606 . 

7. Walecki W., Pravdivtsev A., Santos M., Koo A. Highspeed high-accuracy fiber optic low-coherence interferometry for in situ grinding and etching process monitoring // Proc. SPIE. 2006. Vol. 6293. P. 62930D. DOI:10.1117/12.675592. 

8. Wang J., Gao X., Huang W., Wang W., Chen S., Du Sh., Li X., Zhang X. Swept-source optical coherence tomography imaging of macular retinal and choroidal structures in healthy eyes // BMC Ophthalmology. 2015. Vol. 15, № 1. P. 122. 

9. Fathipour V., Schmoll T., Bonakdar A., Wheaton S., Mohseni H. Demonstration of Shot-noise-limited Swept Source OCT Without Balanced Detection // Scientifi c Reports. 2017. Vol. 7. P. 1183. 

10. Ozcan A., Bilenca A., Desjardins A. E., Bouma B. E., Tearney G. J. Speckle reduction in optical coherence tomography images using digital fi ltering // JOSA A. 2007. Vol. 24, № 7. P. 1901–1910. 

11. Puvanathasan P., Bizheva K. Speckle noise reduction algorithm for optical coherence tomography based on interval type II fuzzy set // Optics Express. 2007. Vol. 15, № 24. P. 15747–15758.

12. Bouma B. E., Iftimia N., Tearney G. J. Speckle reduction in optical coherence tomography by path length encoded angular compounding // Journal of Biomedical Optics. 2003. Vol. 8. P. 260–263. 

13. Зимняков Д. А., Сина Д. С., Ювченко С. А., Исаева Е. А., ЧекмасовС. П.Измерение транспортного коэффициента рассеяния случайно-неоднородных сред методом низкокогерентной рефлектометрии // Письма в Журнал технической физики. 2014. Т. 40, вып. 3. С. 76–82. 

14. Zimnyakov D. A., Yuvchenko S. A., Asharchuk I. A., Sviridov A. P. Stochastic interference of fl uorescence radiation in random media with large inhomogeneities // Optics Communications. 2017. Vol. 387. P. 121–127. 

15. Zimnyakov D. A., Yuvchenko S. A., Pavlova M. V., Alonova M. V. Reference-free path length interferometry of random media with the intensity moments analysis // Optics Express. 2017. Vol. 25, № 13. P. 13953–13972. 

16. Зимняков Д. А., Ашарчук И. А., Ювченко С. А., Сви- ридов А. П. Спекл-спектроскопия флуоресцирующих случайно-неоднородных сред // Квантовая электро- ника. 2016. Т. 46, № 11. С. 1047–1054. 

17. Johnson P. M. , Imhof A., Bret B. P., Rivas J. G., Lagendijk A. Time-resolved pulse propagation in a strongly scattering material // Physical Review E. 2003. Vol. 68, № 1. P. 016604. 

18. Ishimaru A. Wave propagation and scattering in random media. N.Y. : Academic Press, 1978. Vol. 2. P. 349–351. 

19. Zimnyakov D. A., Chekmasov S. P., Ushakova O. V., Sviridov A. P., Bagratashvili V. N. Optical clearing and laser light dynamic scattering near the critical point of fl uid in mesoporous materials // Laser Physics Letters. 2013.Vol. 10, № 4. P. 045601. 

20. Zimnyakov D. A., Chekmasov S. P., Ushakova O. V., Isaeva E. A., Bagratashvili V. N., Yermolenko S. B. Laser speckle probes of relaxation dynamics in soft porous media saturated by near-critical fl uids // Applied Optics. 2014. Vol. 53, № 10. P. B12–B21. 

21. Zimnyakov D. A. On some manifestations of similarity in multiple scattering of coherent light // Waves in Random Media. 2000. Vol. 10, № 4. P. 417–434. 

22. Zimnyakov D. A. Similarity effects in multiple scattering of coherent radiation : phenomenology and experiments // Optics and Spectroscopy. 2000. Vol. 89, № 3. P. 453–462. 

23. Levenberg K. A method for the solution of certain nonlinear problems in least squares // Quarterly of applied mathematics. 1944. Vol. 2, № 2. P. 164–168. 

24. Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика. М. : Физматлит, 2000. 896 с. 

25. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. 304 с. 

26. Henyey L. G., Greenstein J. L. Diffuse radiation in the galaxy // Astrophysical Journal. 1941. Vol. 93. P. 70–83. 

Краткое содержание (на английском языке): 
Полный текст в формате PDF (на русском языке):