Анализ многократно рассеивающих сред с учетом их микроскопического строения, эффектов флуоресценции и комбинационного рассеяния

• Автор: Братченко, Иван Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1.Методы контроля и моделирования многократно рассеивающих сред
1.1 Оптические свойства многократно рассеивающих сред
1.2 Методы контроля многократно рассеивающих сред
1.3 Методы моделирования распространения излучения в многократно рассеивающей среде
Выводы
Глава 2. Математическая модель многократно рассеивающей среды с учетом эффектов флуоресценции и комбинационного рассеяния
2.1 Физическая модель среды
2.2 Метод Монте-Карло
2.3 Приближенное решение транспортного уравнения переноса излучения
2.4 Метод малого параметра
2.5 Рь приближение
2.6 Приближение полубесконечной среды
Выводы
Глава 3. Исследование взаимодействия оптического излучения с растительной тканью
3.1 Модель листа зеленого растения
3.2 Вегетационные индексы
3.3 Зависимость дифференциальных коэффициентов от концентрации хлорофилла
Выводы
Глава 4. Исследование оптических характеристик биологических сред, содержащих сеточные имплантаты
4.1 Принцип конфокальной микроскопии
4.2 Экспериментальная установка
4.3 Микроскопический анализ сеточных имплантатов
4.4. Микроскопический анализ инкапсуляции имплантатов
4.5 Математическое моделирование процесса инкапсуляции сеточного имплантата
Выводы
Глава 5. Исследование взаимодействия оптического излучения с покровными биологическими тканями
5.1 Модель покровных биологических тканей с образованиями
5.2. Сходимость численного решения
5.3 Спектральный анализ рассеянного назад излучения
5.4 Флуоресцентный анализ кожи
5.5. Спектральный анализ комбинационного рассеяния
5.6 Алгоритм оптической диагностики покровных тканей
Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Введение
Проблема анализа и контроля процесса взаимодействия оптического излучения с многократно рассеивающими средами имеет огромное значение во многих областях физической оптики. Это связано, прежде всего, с возможностью дистанционного получения адекватной информации о процессах и явлениях, происходящих в рассеивающих средах, их состоянии на основании изучения поглощения и рассеяния распространяющегося в них электромагнитного излучения. Примерами использования теории взаимодействия излучения с многократно рассеивающими средами может служить целый ряд приложений: распространение излучения в аэрозольной среде и создание лидаров [1], кристаллооптика [2], биологические ткани и физическая медицина [3]. Оптические методы также широко применяются в материаловедении [4], современных технологиях и других областях, таких как диагностика состояния старинных предметов искусства [5].
Исследованию взаимодействия оптического излучения с многократно рассеивающими средами и особенностям случайно неоднородных сред посвящено множество работ [6-11]. Сильная зависимость светорассеивающих свойств частиц от их формы и размера позволяет исследовать физические и химические характеристики исследуемых сред, что может быть использовано в астрофизике, атмосферной оптике Земли и планет [7], изучении оптических свойств фиброзных тканей [8]. Особенно сложными для исследований являются плотноупакованные дисперсные среды - песчаные и снежные поверхности [9], реголитные поверхности солнечной системы, различные технические и биологические среды [10].
Одним из наиболее интересных приложений оптики многократно рассеивающих сред является исследование взаимодействия излучения с биологическими тканями, что обусловлено развитием лазерной диагностики и дистанционного оптического зондирования [11]. Измерение оптических
где Цгт(пЯгт) ~ вероятность неупругого рассеяния с рождением фотона на смещённой длине волны Лгт в точке г. При выводе (2.8) учитывалось, что для возбуждения комбинационного рассеяния используются только лазерные источники излучения. Следует отметить, что, как правило, спектр комбинационного рассеяния содержит множество пиков, которые определяются колебательными состояниями веществ, находящихся в точке г. Однако, довольно трудно провести моделирование, основанное на аддитивном вкладе каждого из веществ. Это связано с тем обстоятельством, что сложные молекулы, включающие, например, метиленовые СН2 или метальные группы СН3, могут иметь схожие спектры колебаний. С другой стороны, учитывая, что выше уже обоснована модель, в которой каждая точка пространства принадлежит тому или иному слою (или неоднородности) среды, можно связать каждую точку пространства с тем или иным веществом, для описания которого уже могут быть использованы экспериментальные значения ргт (г, Лгт).
Поскольку спектры флуоресценции и комбинационного излучения могут перекрываться, то с учетом схожести вида выражений (2.5) и (2.8) можно ввести эффективный коэффициент «рождения» фотонов на длине волны Я/ГТП ЯГ7П — Л.
Я/гт> -ех)йа(Т> Яех)
(2.9)
и записать выражение для функции источника в виде:
XfrrSт’*! гт> -ех) ~~ 4/гт(п Л[гт, Лех с1 П5/7П(г, Я , Лех), (2.10)
который в явном виде описывает вклад каждого из процессов.