生物组织中的光分布研究

本文利用蒙特卡罗方法模拟了单层生物组织中光的传输与分布情况,给出了生物组织中的光子数分布随着g因子、层厚d、吸收系数以及散射系数的变化而变化的关系,分析了其变化的原因     

用聚苯乙烯小球模拟生物组织中的光强分布

用水中周期排列的直径为3μm的单层聚苯乙烯小球以及单个聚苯乙烯小球模拟对光敏感的生物组织，如绿色植物叶肉细胞、动物皮肤的表皮细胞、苍蝇蜜蜂等的复眼以及一种海蛇尾背部的光敏器官的光强分布.通过观测聚苯乙烯小球在不同深度的光强分布，发现随着深度的改变其光强分布是截然不同的.在小球的横截面上，光强分布不很均匀而且呈有规律的花纹图案.在小球的外面，光强分布表现为独立的透镜成像分布.周期排列的小球与单个小球在其横截面上的光强分布也完全不同，前者的光强分布表现出球与球之间很大的相关性. 关键词： 生物组织 周期排列 光强分布     

用蒙特卡罗方法计算光通过薄层随机分布粒子的散射

本文利用蒙特卡罗方法计算准直光束通过薄层随机分布粒子散射的透射和反射光强,并和输运理论的扩散近似结果做了比较。当散射接近各向同性时两者符合良好。当散射明显地成为各向异性时,蒙特卡罗方法的结果是合理的,而输运理论的扩散近似失效。     

太赫兹光脉冲在生物介质中传播的蒙特卡罗法模拟

太赫兹光脉冲照射生物组织,利用蒙特卡罗方法模拟光脉冲在生物介质内的散射传播过程。光脉冲准垂直入射的情况下,得到了介质表面总漫反射率和总漫透射率与介质散射系数、吸收系数、平均散射余弦,以及介质厚度之间的关系;散射系数越大,总漫反射率越大;平均散射余弦值越小,总漫反射率也越大;同时总漫反射光强随着介质厚度的增加而增大,但存在一个极限值。     

光在多层匹配生物组织中的时域传输模型

建立了匹配介质的n层半无限厚频域方程的解,并对频域进行傅里叶变换,计算出时域方程的时间分辨漫反射（Time-resolved Reflectance）.为检验漫射模型的准确性,将时间分辨漫反射与蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟结果进行了比较,结果表明两者符合得很好.研究表明：该时域漫射模型可以判断生物组织和病变的光学特性.     

光在分层散射介质中传输行为的蒙特卡罗模拟研究

建立了光在发层散射介质中传输行为的蒙特卡罗模型,计算了皮肢层状结构的光传输特性,考虑联折射率不匹配带来的影响及不同光束特性（如均匀分布平面光场、高斯光束、光纤光束）对传输行为的影响,分析了分界面处光通量的传输特性,给出了不同特性光束的生物组织的表面漫射率曲线,比较了高斯光束和平面光场的卷积结果。     

蒙特卡罗模拟重建组织的自体荧光光谱

分别以一个双层的正常胃肠壁模型(包括正常粘膜层和粘膜下层)和一个双层的癌变胃肠壁模型(包括癌变粘膜层和粘膜下层)为研究对象，通过蒙特卡罗模拟计算出每层组织产生的荧光，从而重建出正常和癌变组织的自体荧光光谱，并和实验结果进行了比较。理论重建的光谱和实验测得的光谱在整体形状上的一致性表明，蒙特卡罗方法能够精确地模拟组织中荧光的产生和传输过程，明确解释癌变导致的组织生荧团信息的变化，从而确定组织是否发生病变。     

Monte Carlo方法模拟光在生物组织中传播的新进展

Monte Carlo方法已被广泛用于模拟复杂的随机介质如生物组织中光的辐射传输.在生物光子应用中,早期的Monte Carlo模拟模型忽略了光在组织中传输的波动性,而用中性粒子光子包来模拟其传播过程.然而,许多光学诊断技术是基于光在组织中的偏振效应和多重散射的相干性来揭示组织的生理和病理信息,这就要涉及光辐射的波动性.本文阐述了用Monte Carlo方法模拟光在生物组织中传播的最新进展.     

水下光场的蒙特卡罗法求解

水下光场分布对水下光电成像质量具有决定性的影响,通过水下光场分布可以得到水下图像的传输退化模型。在给定水体光学参数的前提下,建立光子水下传输概率模型,利用Monte Carlo法模拟光子在水下的运动,可以获得水下光子散射点体积密度分布,求解出水下光场;在水体体散射函数为球形对称的条件下,利用Monte Carlo法得到的水下光场分布与理论公式的计算结果具有很好的一致性,验证了该方法的有效性;最后给出了水下理想点光源形成的水下光场分布。基于此结论,可以将Monte Carlo法求解水下光场的应用范围推广至水体体散射函数为一般表达式的情形。     

Speckle intensity images of target based on Monte Carlo method

Speckle intensity in the detector plane is deduced in the free-space optical system and imaging system based on Van Cittert-Zemike theorem. The speckle intensity images of plane target and conical target are obtained by using the Monte Carlo method and measured experimentally. The results show that when the range extent of target is smaller, the speckle size along the same direction become longer, and the speckle size increase with increasing incident light wavelengths. The speckle size increases and the speckle intensity images of target is closer to the actual object when the aperture scale augments. These findings are useful to access the target information by speckle in laser radar systems.     

气泡幕后向散射光信号特性的蒙特卡罗方法研究

利用蒙特卡罗方法对水介质中的气泡幕的后向光散射回波信号进行了系统仿真。通过对计算结果与实验结果的比较,证明了蒙特卡罗方法的有效性。根据仿真结果,结合理论分析的方法,对气泡幕位置、厚度和接收器视场角等参数对回波信号的影响进行了分析,结果表明:回波信号出现时间与气泡幕位置存在一一对应的关系;在气泡幕的衰减系数ρσt不变的情况下,存在一个有效气泡幕厚度,当大于该厚度时,气泡幕的后向光散射回波信号基本不变;在系统各项参数不变的情况下,适当增加接收器的视场角,可有效地提高回波信号的信噪比。     

Monte Carlo方法研究低能电子束曝光沉积能分布规律

建立一个描述低能电子在多元多层介质中散射的物理模型,运用MonteCarlo方法模拟低能电子在靶体胶衬底中的复杂散射过程,在此基础上通过大量计算研究入射束能、胶层厚度、衬底材料等不同曝光条件对抗蚀剂沉积能密度分布的影响,获得沉积能分布规律:适量的低束能、薄胶层、低原子序数衬底可以使前散射电子对胶中沉积能密度分布的贡献增大、背散射电子的贡献减小,从而提高曝光分辨率. 关键词： 电子束曝光 MonteCarlo方法 低能电子散射 能量沉积     

高斯光束在双层云中传输的蒙特卡罗模拟

基于辐射传输理论, 利用蒙特卡罗方法模拟了无限窄(冲击函数)准直光束入射到典型水云以及冰水双层云时的后向散射特性, 进而将得到的冲击响应与高斯光束卷积, 得到高斯光束在云层中传输的多次散射特性. 文中给出了两种波束入射时水云以及冰水双层云的反射函数随径向r和天顶角α的变化关系, 并给出了光强在云层内部的二维分布图. 计算结果表明, 高斯光束入射时, 云层反射函数的特点与无限窄准直光束入射时有较大区别. 因此在利用激光雷达进行云层探测时需要考虑激光的散斑, 文中的方法可以为此提供理论依据.     

Monte Carlo simulation for millimeter wave propagation and scattering in rain medium

As the operating frequencies of communications systems more higher into the millimeter wave range, the effects of multiple scattering in precipitation media become more significant. This paper treats the problems of electromagnetic multiple scattering in rain medium by the Monte Carlo method. The em wave is regarded as a Markov chain of photon collisions in a medium in which it is scattered and absorbed. For the sake of simplicity, the polarization is not taken into account, the above mentioned problems are described by the scale integro-diffierential equation of transfer. When the plane wave through a random medium with particle size distribution, the technique of weighted average is used to characterize the radiation intensity, including average scattering, absorption coefficients and phase function. The Monte Carlo simulation algorithms are done for the rain attenuation and reflectance at millimeter wavelength region. Our computational results are in good agreement with experimental data of rain attenuation.     

光学相干层析信号的模拟分析与计算

对传统的模拟介质散射响应函数的蒙特卡罗算法的计算过程进行了改进，提出光子不可分割的假设，这样可以避免人为选定光子被吸收阈值的不确定性；同时采用双曲线法模拟入射高斯光束，解决了对表面为非平面介质的传输信号进行模拟的问题.通过对盖玻片（平面）与眼角膜（曲面）的光学相干层析探测信号及层析图的数值模拟，并与相应实验结果进行比较，证实了该方法与假设的可行性. 关键词： 光学相干层析 蒙特卡罗法模拟 散射     

Study of light propagation in human, rabbit and rat liver tissue by Monte Carlo simulation

Monte Carlo Simulation for light propagation in liver tissues of human and animal was done using Monte Carlo simulation. During the simulation we recorded the photon reflectance, transmittance and absorption of human, rabbit and rat liver tissues. Then their comparative studies were done. Average values of total diffuse reflectance, transmittance and absorption were calculated by the 10 simulations of 100,000 photons for these tissues at 633 nm. We found that diffuse reflectance increases as μ_s increases or g decreases and diffuse transmittance increases as μ_a or μ_s decreases, or as g increases. It is also concluded that the radially resolved diffuse reflectance of the tissues decays exponentially of second order.     

蒙特卡罗法计算无序激光器的阈值

提出了计算无序激光器阈值增益的模型,提出了已知平均自由程和散射强度分布得到分布函数及相应的随机变量的方法.对各向同性的光散射,导出了各分布函数,并在每次散射中得到相应的随机变量.运用蒙特卡罗法模拟光子在无序介质中的随机行走,得到了无序激光器的阈值.讨论了阈值增益与光子平均自由程、增益区半径、增益区深度、非增益区光吸收系数的关系,提出了降低阈值的方法.理论结果与实验数据是符合的. 关键词： 激光物理 阈值 蒙特卡罗 散射