随机介质背散射二维Mueller矩阵的数值模拟与分析

推导了随机介质背散射Mueller矩阵的直接计算公式,并运用矢量Monte Carlo方法进行了数值模拟.结果表明随机介质背散射二维Mueller矩阵方位关系随散射系数的减小而增强,而与微粒大小关系不大;Mueller矩阵元素绝对值的空间分布随径向呈近似指数规律衰减,矩阵元素的方位变化具有周期性.对称系统的二维Mueller矩阵的花样图中仅有7幅独立,其余9幅可通过对称、旋转变换得到.     

基于Mueller矩阵的目标偏振特性分析

目标Mueller矩阵反映了光波在传播过程中偏振态的变化,其包含与目标自身有关的起偏、退偏等偏振特性。为进一步研究目标Mueller矩阵特性,通过将光波传播过程转化为相关半正定二次型函数实现偏振态变化线性运算的方法,定义目标净退偏特性和可以综合评价目标起偏特性和退偏特性的偏振度PΔ,并证明了其在偏振探测目标识别和偏振特性分析中的有效性。最后利用实验测量了不同入射角、粗糙度铝板的Mueller矩阵,通过定义粗糙度对目标偏振特性的影响因子Q和目标偏振特性随入射角变化的稳定性S,分析了入射角和粗糙度对目标Mueller矩阵特性的影响。     

基于Mueller矩阵的偏振抑制反光方法

针对利用主动光进行透窗探测所产生的反光问题,若仅依赖单偏振抑制反光,目标与背景之间对比度低,难以适用于强反射干扰下的目标透窗成像。而利用双偏振正交抑制反光,虽然对比度有所提高,但图像整体亮度较低,识别暗弱目标具有挑战性。本文以玻璃的镜面反光作为干扰对象,首先分析偏振抑制反光的能力,其次分析不同光源入射角下Mueller矩阵元素的变化规律,最后采用退偏图像来提高目标的显著性。结果表明,Mueller矩阵中M₂₂和M₃₃图像在灰度值的分布中明显不同于其他矩阵元素,通过M₂₂和M₃₃生成的退偏图像可有效区分目标与背景。该方法在保证图像整体亮度较高的同时,有效地提高了目标与背景之间的对比度,从而可应用于强反射干扰下的目标透窗成像以及暗弱目标的识别。     

随机非球形粒子全极化散射的时间相关Mueller矩阵解

从与时间相关的矢量辐射传输方程推导一阶Mueller矩阵解,用来模拟Gauss型平面脉冲波入射下,一层随机、非均匀取向非球形粒子的全极化双站散射.数值计算了同极化和去极化脉冲响应,与入射脉冲进行了比较,说明了随机介质的物理参数,如粒子的取向和占空比、入射角、极化以及层厚等对脉冲响应的影响 关键词： 平面脉冲波 非球形粒子 Mueller矩阵     

含杂质无格点基底表面分枝状凝聚体的计算机模拟

根据含杂质熔融玻璃表面金原子凝聚的实验规律，在原子团簇具有随机的线扩散步长和刚性 转动角度的特征条件下，建立了含杂质无格点基底表面的各向异性团簇-团簇凝聚模型，对 团簇的无规扩散、刚性转动以及凝聚全过程进行了计算机模拟，系统地研究了基底表面无规 分布的杂质区域对分枝状凝聚体诸多特性的影响，所得结果与实验事实相符合. 关键词： 薄膜生长 Monte Carlo模拟 分形     

快中子照相模拟分析与实验验证

首次系统地推导出快中子照相像素值形成解析式, 建立图像反差不等式, 并利用该不等式首次对图像对比度与源强、照射时间和散射之间的关系进行说明. 并在像素值解析式基础上编制快中子照相模拟程序, 利用该程序对空间分辨率和图像对比度进行模拟, 并与实验对照, 研究结果表明空间分辨率模拟效果好于实验, 图像对比度模拟效果与实验相当. 最后通过对狭缝、方孔以及多材质组成的复杂样品模拟并与实验对照, 结果显示模拟效果与实验照片在反差灵敏度效果上非常一致, 该模拟计算方法可为实验设计和工程应用提供参考.     

基于Mueller矩阵椭偏仪的纳米压印模板与光刻胶光栅结构准确测量

在纳米压印工艺中,对模板和压印结构的几何参数进行快速、低成本、非破坏性地准确测量具有非常重要的意义.与传统光谱椭偏仪只能改变波长和入射角2个测量条件并且在每一组测量条件下只能获得振幅比和相位差2个测量参数相比,Mueller矩阵椭偏仪可以改变波长、入射角和方位角3个测量条件,而且在每一组测量条件下都可以获得一个4×4阶Mueller矩阵共16个参数,因此可以获得更为丰富的测量信息.通过选择合适的测量条件配置,充分利用Mueller矩阵中的测量信息,有望实现更为准确的纳米结构测量.基于此,本文利用自主研制的Mueller矩阵椭偏仪对硅基光栅模板和纳米压印光刻胶光栅结构进行了测量.实验结果表明,通过对Mueller矩阵椭偏仪进行测量条件优化配置,并且在光学特性建模时考虑测量过程中出现的退偏效应,可以实现压印工艺中纳米结构线宽、线高、侧壁角以及残胶厚度等几何参数更为准确的测量,同时对于纳米压印光刻胶光栅结构还可以直接得到光斑照射区域内残胶厚度的不均匀性参数.     

生物组织中激光传输规律的模拟与检验

本文研究了激光在生物组织中的传输规律,建立了适用于Monte Carlo模拟的数理模型。对不同组织中光子的传输规律进行了模拟和检验,结果表明:利用本文所建立的模型和编制的程序,可以有效地模拟激光在均匀和非均匀组织中的传输规律,并可获取组织光学特性参数与漫反射率、漫透射率和通量等物理量间的关系。     

材料中He深度分布演化的Monte Carlo模拟研究

基于He泡生长的迁移-合并机理,用Monte Carlo方法模拟了对材料进行等温退火过程中He深度分布的演化,探讨了不同参数对这一演化的影响.研究表明:材料中He泡的初始浓度和尺寸将影响He深度分布的变化,而退火温度则对演化速率起重要作用但对最终的He深度分布影响较小;随着反应的进行,整个系统的演化是逐渐趋缓的. 关键词： He 深度分布 Monte Carlo模拟     

混浊介质二维后向漫散射穆勒矩阵的测量

研制了一套实验系统用于测量混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵.在系统中,激光被调制成所需偏振态,聚焦于混浊介质表面.利用CCD相机配合相应的偏振元件,测量入射点周围区域的后向散射光中特定偏振态的能量空间分布,并由测量值计算出介质的后向漫散射穆勒矩阵.描述了系统的组成、测量原理以及方法,分别测量了消偏振分光棱镜的反射穆勒矩阵和浓度1.5％的脂肪乳溶液的后向漫散射穆勒矩阵.实验证明:该系统能够完全消除样品表面镜面反射光的干扰,精确的测量混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵;并可望用于生物组织的研究中.     

Mueller Matrix Analysis of PDL Components

A detailed Mueller-Stokes analysis of an arbitrary elliptical dichroic polarizer is presented. Explicit expressions for the Jones matrix, the Stokes parameters, and the Mueller matrix for a distributed and localized dichroic polarizer acting as a polarization-dependent loss (PDL) element are derived. Application to wavelength-dependent PDL elements is discussed. The Poincare sphere representation and the application of the Mueller matrices for the study of randomly oriented concatenated PDL elements and PDL vector measurement are addressed.     

混浊介质中后向单次漫散射米勒矩阵特征

采用斯托克斯(Stokes)矢量形式,推导出当无限窄的连续光束垂直入射到混浊介质表面时,后向单次漫散射米勒(Mueller)矩阵的解析表达式。基于米氏(Mie)散射模式,详细分析了单次散射米勒矩阵元素的分布模式,以及与介质粒子数密度,粒子尺寸参量之间的关系。研究表明:单次散射米勒矩阵的方位变化随粒子数密度的增加,逐渐消失,而矩阵元素m22,m33,m23,m32随粒子数密度的变化,具有更显著的方位变化特征。矩阵元素m22,m33在方位角=45°时的值随尺寸参量的变化有一定的规律性,当尺寸参量小于某一特征参量时,其值呈下降趋势,反之则呈波动上升趋势。当介质粒子数密度以及粒子尺寸参量改变时,米勒矩阵元素强度的径向分布模式不变,即在任何方位,强度随径向距离都近似成指数规律衰减,方位变化呈周期性。     

混浊介质多光子激发荧光显微成像的蒙特卡罗模拟

将蒙特卡罗方法与几何光线追踪技术相结合用于研究样品混浊特性对多光子激发蒌光显微成像的影响。推导了模拟多层样品显微成像的数学模型,给出了用程序框图表示的基本仿真系统骨架,对传统蒙特卡罗方法的改进有效地增强了对聚焦光束的模拟能力,初步的模拟结果说明了混浊介质散射特性对显微成像的显著影响。     

纺织纤维光散射特性的模拟与实验

纺织纤维的光散射特性在纺织材料微观结构、光学性质以及无损检测中至关重要。利用纺织纤维各向异性的结构特点改进现有的角谱展开法,得到纺织纤维对倾斜入射平面波的散射以及表征其光散射特性的Mueller矩阵。采用蒙特卡罗算法模拟了平行棉纤维束对倾斜入射偏振光的多次散射,并对其计算结果进行了实验验证。结果表明理论计算和实验测量的散射光斑在形状特征、光强分布上均一致,从而验证了蒙特卡洛方法模拟纺织纤维光散射的正确性。结果同时也表明蒙特卡罗方法在纺织材料光传播特性的理论研究中具有重要的指导意义。     

Recovery of the Complete Mueller Matrix of an Arbitrary Object in the Method of Three Input Polarizations

The problem of the recovery of the complete Mueller matrix of an arbitrary object by additionally measuring the matrix elements whose values are not determined in base measuring cycles of the method of three input polarizations is considered. We suggest a number of methods for recovering the complete matrix of dependent and independent recovery and for carrying out two base measuring cycles of the method of three input polarizations. A comparative analysis of the accuracy characteristics of the proposed methods has been performed.     

手性介质中后向散射米勒矩阵特性及其在血糖无创检测中的应用初探

利用斯托克斯-米勒矩阵表述分析偏振光在手性介质中的传输规律,利用瑞利近似下的单次散射模型和基于米氏散射理论的多次散射的蒙特卡罗方法,探讨葡萄糖对后向散射偏振光传输特性的影响,计算了不同葡萄糖浓度下的后向散射米勒矩阵. 结果表明在含有葡萄糖的手性介质中后向散射米勒矩阵的若干矩阵元表现出微弱的旋光效应,旋光度随葡萄糖浓度增大而增大. 为了检测低浓度下微小的旋光变化,定义了函数对含-不含葡萄糖的米勒矩阵元图像进行处理,提取由葡萄糖引入的图像差异. 结合无创血糖检测应用要求,分析了葡萄糖生理浓度下的矩阵元图像,获 关键词： 医用光学与生物技术 偏振光 斯托克斯-米勒表述 蒙特卡罗模拟     

Structure of Deterministic Mueller Matrices and Their Reconstruction in the Method of Three Input Polarizations

The method of reconstruction of complete deterministic Mueller matrices for the structures of incomplete matrices, which are measured in the method of three input polarizations, has been developed. The method is based on reconstruction of the corresponding Jones matrices for the given structures of incomplete Mueller matrices.     

Monte Carlo simulation of light scattering from size distributed sub-micron spherical CdS particles in a volume element

Simulation of polarized light scattering by spherical particles having modal radius of 180 nm is presented in this paper. A Monte Carlo method which is based on the Stokes-Mueller formalism developed in ANSI Standard C-language is used for simulation. Single scattering is considered in our program with monodispersed sub-micron sized spherical CdS particles. We have considered only θ dependent scattering as described by Mie theory for spherical CdS particles. The experiments for studying light scattering properties of these particles were conducted in a designed and developed laser based light scattering studies setup. The simulation results were compared with experimental results and theoretical results obtained purely from Mie theory. The closeness of agreement or disagreement between these results is discussed in this paper.