用双点源δ-P1近似光学模型反演生物组织的光学参量

根据空间分辨漫反射的双点源δ-P₁近似理论模型,采用非线性最小二乘法,从反射率的测量数据中反演得到了生物组织的吸收系数μ_a、有效散射系数μ' _s和二阶参量γ.研究表明,在光源与探测器之间距离大于一个输运平均自由程的情况下,双点源δ-P₁近似能较好地描述光源附近的光辐射分布,而且能够根据参量γ与μ' _s的关系得到组织的各向异性因子g.这些研究对于生物组织的光学性质测量以及漫反射光谱技术的应用具有重要意义. 关键词： 组织光学 P₁近似')" href="#">δ-P₁近似 光学参量 双点源     

生物组织的散射相函数及其二阶光学参量的性质

生物组织是一种复杂介质,在许多情况下仅仅用各向异性因子g来描述其散射特性是不够的。由于二阶参量γ是一个与相函数的二阶矩g2有关,并表示与一阶参量g1关系的量,因此用g和γ两个参量能更好地描述组织的光学性质。对几种目前用于描述人体组织的相函数及其二阶参量作了简要讨论,在此基础上研究了相函数的选取对测量参量γ的影响。研究表明γ是一个可测量的组织参量。研究工作对于建立含有相函数高阶矩的漫散射理论,对如何测量生物组织的高阶参量γ,并能够准确测量其它光学参量具有重要理论意义和实际府用价值。     

一种基于von Neumann熵的双路径纠缠量子微波信号生成质量评估方法

针对目前没有合适的方法从产生方来表征纠缠量子微波信号的质量好坏, 提出了一种基于von Neumann熵的双路径纠缠量子微波信号生成质量评估方法. 利用双模压缩真空态描述了纠缠量子微波的信号格式, 给出了光子数与压缩参量之间的函数关系, 以熵评估纠缠态信号所占比例, 分析了熵与压缩参量和光子数之间的关系. 仿真结果表明, 纠缠量子微波信号中的光子数是由压缩参量决定的, 它们之间呈指数平方的规律性变化; 熵随着压缩参量的增大而减小, 但是减小的趋势越来越平缓, 近似呈负指数关系, 熵的极限值约为65%. 研究结果表明, 通过选择合适的压缩参量可以提高纠缠微波信号生成质量以满足实际需要, 因此, 本研究对于生成双路径纠缠量子微波电路参数选择、提高系统可用性提供了方法和依据.     

二维光子晶体结构参量对光子禁带特性的影响

用多重散射法研究了二维光子晶体的结构参量对光子禁带特性的影响。发现光子晶体的晶格常数(d)和组成晶体的介质柱的半径(r)都能同样有效地改变光子禁带的位置,仅改变d时,填充系数ρ降低时光子禁带区Ω向低频区移动,而仅改变r时,ρ增加时Ω向低频区移动。在较宽的参量范围内,Ω的中心频率单独随r增加而线性下降的速度是单独随(,增加而线性下降的速度的2倍。ρ取特定值时,Ω的相对宽度取极大值,其中1次Ω只有1个极大值,而2次Ω存在2个极大值,且2次Ω极大值对应的2个ρ值中有一个刚好是1次Ω极大值对应的ρ值的2倍。     

生物组织的δ-P1近似漫反射光学模型

本文研究了生物组织的改进的δ-P₁近似漫反射光学模型,推导了含有等效光源一阶矩的双点源近似空间分辨漫反射解R_δ－P1(ρ).研究表明,考虑等效光源一阶矩的光学模型,较好地描述了具有强的前向散射特性和较大吸收系数的生物组织散射特性;与漫射近似下的漫反射率R_SDA(ρ)相比,新的光学模型能较好地描述光源附近的漫辐射强度分布,并且由于解析表达式中含有散射相函数的二阶参量γ,这对 关键词： 组织光学 1近似')" href="#">δ-P₁近似 等效光源 微区漫反射     

含有高阶参量的生物组织光学漫反射的半经验解析模型

漫反射光谱技术对生物组织快速和无创测量具有非常重要的意义,但缺乏精确的关于漫反射的解析解限制了该技术有效的应用.本文根据光子迁移理论和二阶相似关系推导了半经验公式,然后利用Monte Carlo方法研究了二阶参量γ对半经验公式的影响.研究表明,当小孔径收集漫反射光时,反射率与γ成二次函数关系.与其他含有高阶参量γ的解析模型相比,本文提出的半经验解析模型具有简单的数学形式,这为生物组织光学参量测量和漫反射光谱应用提供了新的理论和技术支持.     

基于delta-P1近似模型的空间分辨漫反射一阶散射参量灵敏度研究

以delta-P1近似光学模型为基础, 推导了双点源近似下空间分辨漫反射一阶散射参量μ_s'灵敏度的解析式, 并进行了数值分析和比较. 研究表明, 与混合漫射近似模型和漫射近似模型相比, delta-P1 近似模型能更好地描述强散射较强吸收情况下近光源区域生物组织漫反射光子的分布, 且在有效反照率a'>0.83时, 获得最佳优化距离ρ_opt, ρ_opt 随μ_s' 的增大而减小, 且在距光源约2.7—4个输运平均自由程处μ_s'的变化对测量吸收的影响最小. 这项研究对于优化传感器几何结构以及生物组织光学参量的测量具有重要意义.     

泵浦光的入射角对参量下转换的影响

利用参量下转换制备相关光子实现对各类探测器的量子效率的定标,是近年来兴起的新型定标技术。由于参量下转换的光子转换效率低,探测器输出信号信噪比小。采用短波激光器泵浦PPLN周期极化性晶体,可获得较大功率的参量光。分析了泵浦光在PPLN晶体端面的入射角对参量光的转换效率、空间分布、参量带宽及晶体周期的影响,并进行了数值模拟。分析发现当泵浦光正入射晶体端面时,参量光功率转换大,带宽小,发散角大;随着泵浦光入射角度逐渐增大,参量下转换的转换效率降低,相关光子的带宽变小,发散角变小且参量光的中心波长的空间位置会发生相对偏移。该研究结果可为相关光子探测、模拟探测器量子效率的高精度定标提供理论依据。     

用于制作光子晶体光纤的毛细管的拉制理论与实验分析

根据流体力学的相关理论建立了毛细管拉制过程的简化模型.首先通过理论计算,分析了毛细管制作中的各种工艺参量,如控制参量、设备参量、预制棒结构参量等,对最终毛细管结构的影响.在本文讨论的工艺下,毛细管结构的相对缩塌不可避免,而工艺参量的调整仅可以在一定程度上改善结构的变化.最后通过具体的拉制实验与理论计算进行了比较分析,二者取得了很好的一致性,验证了计算模型的可靠性.相关结论可推广到光子晶体光纤的制作中,有很好的工艺参考价值. 关键词： 光子晶体光纤 毛细管 制作理论 工艺参量     

基于P3近似的空间分辨漫反射研究

光源附近组织的空间分辨漫反射是近年来生物医学光子学领域的一个研究热点,其目的是发展一种能够测定活体生物组织光学参量的新技术。漫射近似理论研究光源附近组织的空间分辨漫反射具有很大局限性。P3近似理论考虑了相函数的三阶矩,能较准确地描述光源附近组织的光辐射分布。研究了基于P3近似的空间分辨漫反射,从输运理论的PN方程组出发,导出了P3近似方程组和P3近似的格林函数解;阐述了漫射近似与P1近似的关系,给出了外推边界条件下,准直光束近似后的P3近似漫反射率的完整表示,讨论了相函数二阶参量对P3近似漫反射的影响,并与漫射近似和蒙特卡罗模拟结果进行了比较,指出了P3近似的应用范围。     

Hybrid diffusion approximation in highly absorbing media and its effects of source approximation

A modified diffusion approximation model called the hybrid diffusion approximation that can be used for highly absorbing media is investigated. The analytic solution of the hybrid diffusion approximation for reflectance in two-source approximation and steady-state case with extrapolated boundary is obtained. The effects of source approximation on the analytic solution are investigated, and it is validated that two-source approximation in highly absorbing media to describe the optical properties of biological tissue is necessary. Monte Carlo simulation of recovering optical parameters from refiectant data is done with the use of this model. The errors of recovering μ＇s and μ＇s are smaller than 15% for the reduced albedo between 0.77 and 0.5 with the source-detector separation of 0.4-3 mm.     

Comparing Diffusion Approximation with Radiation Transfer Analysis for Light Transport in Tissues

The diffusion model that is an approximation of the equation of radiation transfer is typically used to describe photon migration in scattering-dominant media. In general biological tissue is highly scattering and very weakly absorbing against near-infrared light, yet it is heterogeneous and may contain relatively highly absorbing or low-scattering regions. Here applicability of the diffusion approximation over the radiative transfer theory for describing ultrafast laser transport in biological tissues is numerically studied and investigated over different kinds of tissue conditions and geometries. Tissues having tumors of different sizes, locations and nature as well as dual-tumor and low-scattering conditions are considered. Radiation transfer analysis is taken as a comparison objective and it is initially proved to be accurate in benchmark comparisons with Monte Carlo simulation. The results predict systematically about the compatible conditions where and when we can use the diffusion approximation and the conditions in which the diffusion approximation may provide misleading results.     

Delta-P1近似漫反射光学模型的二阶参量灵敏度

基于Delta-P₁近似漫反射光学模型, 推导了双点源近似下空间分辨漫反射解对于Henyey-Greenstein散射相函数的二阶参量γ的灵敏度表达式, 研究了参量γ对漫反射分布的影响. 研究表明, 与漫射近似模型相比, Delta-P₁近似漫反射光学模型不仅含有散射相函数的二阶参量γ, 而且在弱吸收或强吸收的情况下, 参量γ对于光源附近(ρ<1.0 mm)的空间分辨漫反射都存在较大的影响(极值大于30%). 因此利用γ研究漫反射光分布对于获取组织光学信息具有重要的意义.     

空间分辨漫反射的一阶散射参量灵敏度

以输运理论的P3近似为基础,推导了空间分辨漫反射的一阶散射参量灵敏度的解析表示,并进行了数值分析,比较了散射参量对P3近似和漫射近似漫反射的影响.结果表明:在距光源两个输运平均自由程以内,该灵敏度与相应于漫射近似的灵敏度差别较为明显;距离光源约四个输运平均自由程附近,该灵敏度等于零,并且与光源之距与相应于漫射近似情况也...     

漫射近似理论的有效使用范围分析

利用蒙特卡罗方法模拟了半无限大生物组织内部深度分辨的光能流率的分布情况。分析了漫射近似理论的有效使用范围。当组织厚度大于 3/ 2个光子的平均自由程时 ,应用漫射近似理论能得到很好的结果 ,反之 ,漫射理论不能使用。也就是说 ,当组织厚度z >0 1875cm时 ,应用漫射理论能得到很好的结果 ;当组织厚度z <0 1875cm时 ,漫射理论不能使用     

混合漫射近似模型的漫反射理论及其模拟实验研究

研究了一个改进的漫射近似模型.该模型将漫射近似中的漫射系数D用描述P₃近似的漫射系数D_asym替代.推导了这个混合的漫射近似模型在单点源近似和外推边界条件下的反射率R_Hybrid(ρ)的解析表达式,比较了有效反照率a′对标准漫射近似R_DA(ρ)和R_Hybrid(ρ关键词： 漫射近似 P₃近似')" href="#">P₃近似 混合漫反射模型 强吸收     

Comparison between radiative transfer theory and the simplified spherical harmonics approximation for a semi-infinite geometry

In this study, the third-order simplified spherical harmonics equations (SP3), an approximation of the radiative transfer equation, are solved for a semi-infinite geometry considering the exact simplified spherical harmonics boundary conditions. The obtained Green's function is compared to radiative transfer calculations and the diffusion theory. In general, it is shown that the SP3 equations provide better results than the diffusion approximation in media with high absorption coefficient values but no improvement is found for small distances to the source.     

The one-dimensional kinetic Ising model: A series expansion study

Exact power series expansions (through eight terms) in the time are derived for relaxation in the one-dimensional Ising model with nearest-neighbor interactions for a general rate parameter where the activation energy is a variable fraction of the energy required to break nearest-neighbor bonds. It is found that the qualitative nature of the relaxation is very dependent on this parameter, varying from nearly simple exponential decay (as with Glauber dynamics) for an intermediate value of this parameter, to an initial rate of change that is either much slower or faster than a simple exponential at the extremes of the range of variation of the parameter. The rate equations for the limit of rapid internal diffusion (internal equilibration) are integrated for several special values of the rate parameter. In general the internal equilibration approximation is not a good representation of the relaxation except when the relaxation is similar to Glauber dynamics.