形体细胞的MCEM模型及其光散射分布特征

针对光散射细胞微粒测量中真实形体细胞的取向对测量结果的影响问题，基于Rayleigh-Debye-Gans理论和双椭球核式(CEM)模型在应用中的差异，建立了CEM的修正模型(MCEM)，根据此模型系统讨论了细胞在不同入射角变化情况下其光散射强度分布所产生的变化，得到了不同入射角下有核细胞光散射强度分布与有核细胞相关物理特征量的动态响应关系；此外，对有核细胞光散射强度分布进行拟合，得到了有核细胞光散射强度分布函数。误差分析表明：拟合结果可有效地应用于真实细胞光散射测量中的数值反演计算。     

(非弹性)光散射概念

(非弹性)光散射现象的发现、研究和应用已有八十余年的历史,所涉及的过程,特征量,及由此关系到的物理概念、各种图像特别的繁多;想要统一、规范它们似乎难以达到。但对已成熟的,如:光散射(包括非弹性、弹性);选择定则;虚态;散射截面;相干性;‘和’、‘差’频;波数、波矢、偏振和模式等概念还是可以给出完好的解说和认识的。该文给出了上述概念的物理内容,尽可能的给出相应的图像,以便获得明白的结论。     

理论模拟有核细胞对高斯光束偏振散射特性的影响

利用双层球形粒子模拟了有核细胞;根据广义米理论(GLMT),对入射激光束(高斯光束)利用矢量球谐函数进行展开;利用分离变量法研究了有核细胞对高斯光束的散射特性的影响.数值计算了高斯光束正入射时,斯托克斯散射矩阵中各元素的角分布,并与平面波入射情况进行了比较.     

基于蒙特卡罗模拟的散射介质中后向光散射模型及分析应用

构建了内光源模型探讨散射介质中的光散射现象,利用蒙特卡罗方法研究了逃逸出组织的后向散射光子数随光子在组织内部发生的散射次数的分布关系,探讨了光源照明方式、辐射强度、接收方式、调制等参数的变化对后向散射的影响,结果表明后向散射光子的数量随散射次数的分布并非简单的单调递增或递减,而是一条先增大后减小出现峰值的曲线. 峰值位置、峰值大小及曲线形状与光源、探测方式、组织光学特性参数等有关. 关键词： 医用光学与生物技术 散射介质 后向散射 蒙特卡罗模拟     

细胞光阱刚度与折射率关系理论计算

为了探讨用光镊技术进行细胞折射率的测量方法,用几何光线理论对可作为米氏粒子模型的生物细胞(半径a=10μm,折射率n=1.35~1.70),在单光束梯度力光阱[激光波长λ=780 nm,功率P=6 mW,焦斑半径w(0)=0.6μm、0.8μm和1.0μm]中的轴向光阱刚度与细胞折射率关系进行了数值计算。结果表明,光阱刚度随折射率的变化关系与三次多项式曲线拟合得较好;用测量光阱刚度计算细胞的折射率时,需要用折射率已知的四种标准粒子对三次多项式曲线进行标定。     

双层散射介质的单次后向散射光谱分析

从上皮组织的结构特点出发,基于米氏(Mie)散射理论,建立了双层散射介质的单次后向散射光谱的理论模型,该模型通过偏振门屏蔽来自下层的噪声背景,只保留来自上层的单次散射光。计算分析了粒子的形态学参量如平均尺寸及其分布、相对折射率变化时,单次散射光谱的特征。并用傅里叶波形分析法研究了这些参量对单次后向散射光谱曲线形状及其谐波幅值的影响。结果表明,这些只经历了表层粒子单次散射的光谱信号对表层粒子的平均尺寸及其分布、相对折射率具有灵敏性。对光谱曲线波纹结构的幅值、频率,散射强度,光谱谐波的幅值有直接的影响。研究结果对早期癌症的散射光谱特征识别及其特征提取有重要的实用价值。     

拉曼对光散射的实验研究

介绍了拉曼的生平和对物理学的主要贡献，回顾了他从观察海水的蓝色人手，继而发现气体、液体对光的散射规律，一直到发现物质的散射光不仅包含原来的波长，而且还包括与原入射光不同的其他波长的散射的研究过程，并讨论了他的成功对我们的启示．     

用遗传算法反演类上皮组织模型的偏振散射光谱

基于生物组织的粒状模型以及光谱对米氏(Mie)散射体形态的灵敏性,构建了类上皮组织模型的偏振后向散射光谱反演模型。针对反演模型的多参量、多极值、非线性,涉及到非常复杂的三角函数计算,模型空间极小的特点,采用每代保留最优个体的浮点遗传算法对类上皮组织模型的偏振后向散射光谱反演。对编码策略、适值调整策略及选择策略进行了讨论。研究结果表明:经过70代反演迭代,每个参量的相对误差趋于稳定,最小的达到0.02%左右,最大的不超过3%。采用基于实数编码的遗传算法能从偏振散射光谱中同时反演获得表层粒子的形态参量,具有全局收敛性和良好的反演精度与抗噪声能力。     

一种内混合气溶胶粒子模型光散射的等效性

以包含灰尘、黑碳和水三种成分的单分散内混合初次气溶胶为例,利用消光、吸收、散射效率因子和不对称因子,探讨了以等效折射率描述具有不同成分的内混合气溶胶粒子系统的适用性。结果表明,在尺度参数为0.1～25时不同半径比下,消光、吸收和散射效率因子的等效性较好,相对误差分别在3%、3%和4%以内;不对称因子的等效性相对稍差,相对误差在13%以内。当半径比a/b小于1/5,即内混合体中所含灰尘和黑碳较少时,等效折射率实部和虚部值基本可以确定,而不必考虑尺度参数的影响。用除散射相函数之外的其他光学量来等效时,较为容易找到等效的气溶胶粒子。     

利用散射系数变化测量血糖浓度的研究

论述了血糖浓度变化与溶液的散射系数的关系。在浑浊介质中散射特性取决于散射粒子和溶剂的折射率的相对大小,在血液中葡萄糖浓度的改变会引起血液折射率的变化,从而使血液的散射系数发生改变,从理论上给出了血糖浓度变化时计算散射系数变化的公式,得出了散射系数和血糖浓度成正比的结论。进一步讨论了满足临床应用目标下,散射系数的相对变化的测量精度要达到4.8×10-4,而对于中国人的血液绝对测量精度要达到6.82×10-3mm-1。用双积分球实验验证了理论计算的正确性,使用牛奶作为浑浊介质测量其散射系数与糖浓度的关系,在不同波长下散射系数都随葡萄糖浓度改变而改变,且线性度可以达到0.95以上。由此可以得出结论,血糖浓度可以通过测量散射系数来得到。     

基于个体眼光学结构的角膜与晶状体的像差补偿

研究角膜对晶状体波前像差的影响对现行的个性化视觉矫正手术有-定的参考价值.运用光学设计软件Zemax,根据个体人眼的角膜地形图、眼内各部分轴向间距和全眼波前像差数据,为22只人眼构建了个体眼光学结构.基于个体眼光学结构和衍射光学理论计算了眼内、外不同位置处的波前,获得了角膜对晶状体波前像差的影响.结果表明,角膜和品状体像差存在补偿和叠加两种关系.大多数眼睛,角膜对晶状体像差有一定补偿作用.总体像散的均方根(RMS)值比品状体像散的RMS值减小0.08～1.48μm,相当于10.1%～77.5%.总体高阶像差的RMS值比晶状体高阶像差的RMS值减小了0.06～0.85 μm,相当于3.8%～79.4%,平均减小了50.7%.其中,球差和彗差的Zernike系数绝对值总体比晶状体分别减小了0.02～0.60μm和0.01～0.39μm,相当于4.3%～98.4%和2.5%～91.4%.     

一维光传输介质中折射率波动的统计表征

介绍了一种基于介观反射光谱分析的纳米尺度折射率波动表征的方法,揭示了介观反射光谱用于纳米尺度折射率波动表征的机理.采用时域有限差分方法,分析了光在一维折射率分布介质中的传播情况和光谱特征,并通过精确控制一维通道内部折射率波动的标准差和空间相关长度,定量分析了混乱度的仿真计算值及其与理论设置值的关系.结果表明,反射光谱对...     

Folding Model Analysis of Elastic Scattering of 11B from Light,Medium, and Heavy Nuclei

The elastic scattering angular distributions of ¹¹B projectile on light, medium, and heavy target nuclei including ⁷Li, ⁹Be, ¹²C, ¹⁶O, ^24,25,26Mg, ²⁷Al, ²⁸Si, ⁴⁰Ca, ⁵⁸Ni, ⁵⁹Co, ⁶⁰Ni, ¹⁹⁷Au, ²⁰⁸Pb, and ²⁰⁹Bi have been analyzed at various incident energies. The theoretical results have been obtained by using two different nuclear potentials within the framework of the optical model (OM). Firstly, the double folding potential for real part and the Wood-Saxon (WS) potential for imaginary part have been applied. Secondly, the calculations with double folding potential for both real and imaginary part have been performed and compared with the experimental data. It has been seen that the results are in very good agreement with the experimental data. Also, the volume integrals and cross-sections for each reaction have been obtained. Finally, a new and simple formula for the imaginary potential depth has been derived to clarify the nuclear interactions of ¹¹B nucleus at low energy reactions.     

用于偏振散射光谱术研究的并行蒙特卡罗程序

偏振散射光谱术是一种新型的早期癌症无损光学检测技术。目前,对这一技术的机理研究缺乏较好的理论手段。引入并行计算方法,采用斯托克斯(Stokes)参量和米勒(Müller)矩阵分别描述光子包和介质的偏振特性,实现了可用于模拟偏振散射光谱的并行偏振蒙特卡罗程序。程序基于消息传递接口(Message passing interface, MPI)并行开发平台,采用主-从(Master-slaver)并行计算模型,并用任务池方法实现动态负载平衡。混浊介质后向偏振散射光谱的模拟和实验结果对照证实了程序的正确性;程序并行效率分析表明了程序在任务规模和节点规模上具有良好的可扩展性,对于较大规模的任务,使用n个从节点的模拟时间约为使用1个从节点模拟时间的1/n倍。     

考虑视轴方向的个性化眼模型的构建

包含更多人眼解剖学特性的个性化眼模型具有重要的实验和临床意义。由角膜地形图计算了8只人眼视轴与光轴之间的夹角,水平分量平均值为4.23°±1.51°,竖直分量平均值为-0.40°±1.27°。根据视轴与光轴之间的夹角、角膜地形数据、眼内各部分轴向间距和人眼波像差,运用光学设计软件Zemax分别为这8只人眼构建了考虑视轴方向的个性化眼模型。在此基础上,计算了波前引导的个性化角膜切削深度,并与光程差方法计算的切削深度进行了比较。在切削光区中心处,两者相差不大,平均值为(0.09±0.04)μm;随着半径增大,两者之间的差值逐渐增大。对于所研究的实例,光区外围处的最大差值为0.59μm。个性化眼模型为设计波前引导的个性化角膜切削方案提供了一个有效工具。