混浊物质中光子传输的快速模拟与干涉特性分析VIP免费

第31卷�第6期光�学�学�报Vol.31,No.62011年6月ACTAOPTICASINICAJune,2011混浊物质中光子传输的快速模拟与干涉特性分析林�林1�高应俊2�金重星2�林惠珍2�罗云瀚21广东医学院生物医学工程教研室,广东东莞5238082暨南大学理工学院光电工程系,广东广州510632摘要�建立了混浊物质中低相干干涉系统的蒙特卡罗模型,结合相干面光强的高斯分布和低相干光源的相干条件,对干涉信号进行了数值分析。提出在蒙特卡罗计算的基线数据基础上快速模拟其他参数条件下干涉信号的方法。快速模拟结果与蒙特卡罗计算结果进行了比较,结果显示在满足前向散射条件下,两种方法所得模拟信号强度基本吻合。当各向异性因子g=0.9时,平均相对误差为2.37%,在g=0.5时,平均相对误差为4.69%。在深度相关干涉信号的模拟中,两种方法对浅表层干涉信号的模拟取得了一致的结果。实验中使用低相干干涉系统对不同浓度的脂肪悬乳注射剂与印度墨水混合液中深度为0~1mm的漫反射光信号进行了干涉测量,并利用基线数据和快速蒙特卡罗模拟方法成功对实验数据进行了数值拟合。关键词�相干光学;混浊物质;蒙特卡罗法;高斯光束中图分类号�O43���文献标识码�A���doi:10.3788/AOS201131.0626002FastSimulationandInterferencePropertiesofPhotonsTransmissioninTurbidMaterialLinLin1�GaoYingjun2�JinChongxing2�LinHuizhen2�LuoYunhan21DepartmentofBiologicalEngineering,GuangdongMedicalCollege,Dongguan,Guangdong523808,China2DepartmentofOptoelectronicEngineering,CollegeofScienceandEngineering,JinanUniversity,Guangzhou,Guangdong510632,ChinaAbstract�Inordertoanalyzelow�coherentsignalcharacteristicsofturbidmaterial,MonteCarlo(MC)numericalmodelisestablished.TheGaussiandistributionofopticalintensityandcoherentgateofopticalsourceareintroducedintonumericalsimulation.Anacceleratedmethodisintroducedintosimulationofcoherentintensityofturbidmedium.Underconditionofforwordscattering,anisotropyfactorg=0.9,theresultsofscalingmethodmatchwiththoseofMCsimulationwithmeanrelativeerrorof2.37%.Whengdecreasesto0.5,andmeanrelativeerrorincreasesto4.69%.Incalculationofcoherentsignalsofdifferentdepths,similardatainsurfacelayeraregottenbythetwomethods.Inexperiment,opticalsignalsfrom0to1mmdepthinthemixtureliqidofIntralipidTMandIndiainkaremeasuredbylow�coherentsystemandfittedbyacceleratedMonte�Carlomethodsuccesfully.Keywords�coherenceoptics;turbidmaterial;MonteCarlomethod;GaussianbeamOCIScodes�260.0260;260.3160;030.0030;290.0290��收稿日期:2010�12�10;收到修改稿日期:2011�01�18基金项目:国家自然科学基金(61008057)资助课题。作者简介:林�林(1979�),男,博士研究生,主要从事生物医学光学和光学传感等方面的研究。E�mail:lynwindsent@yahoo.com.cn导师简介:高应俊(1946�),男,教授,主要从事光纤传感和生物医学光学成像相关等方面的研究。E�mail:tyjgao@jnu.edu.cn1�引��言随着光学技术的快速发展,激光及相关技术在生物医学领域的应用得到了广泛的关注和发展,例如共焦显微成像[1]、光学相干层析成像[2]、荧光成像[3]、漫反射成像[4]以及激光动力医疗[5]等技术手段已经得到了临床应用。光学干涉测量技术可以精0626002�1光���学���学���报确定位目标、提供高分辨成像结果,因此得到了广泛的关注。在光的辐射传播过程中,生物组织对光子呈现出了吸收和散射并存的混浊特性,称为混浊物质。光子在混浊物质中受到的散射和吸收作用使得光子传输和干涉呈现出与透明介质不同的特征。在干涉测量系统中,由于光子在混浊物质中的传输受到不同尺寸粒子散射作用的影响呈现出随机性,随着探测深度的增加,多次散射作用将决定后向传输光子的空间分布和能量大小,从而决定了信号的强度与探测深度的依赖关系[6]。对光子在混浊物质中的传播过程和相干性的研究一般采用基于辐射传输理论扩散近似法和蒙特卡罗(Monte�Carlo)数值模拟。前者只能在...