Monte-Carlo方法研究生物组织内部的光能分布

由于光的无损性及其在光动力学中对于肿瘤的选择性杀伤 ,因此在医学诊断和治疗中光学方法具有良好的应用前景。全面了解光在高散射组织中的传播规律对于基础研究和临床应用都很重要。论文给出了在均匀或非均匀半无限大平板状生物组织中光分布的计算方法和仿真结果。结果表明 ,生物组织的光学性质强烈影响光在组织中的分布图案。若两个光源的位置取不同的安排 ,则会给出与之相应的、不同的光能分布图案。若在组织中存在一个肿瘤 ,大量光子将被其吸收 ,并且由检测器测得的能量会减小。结果表明Monte- Carlo仿真方法能提供对于探头结构设计和光源光强选择都十分有用的信息。     

强散射生物组织光学特参数的重构

生物组织光学特性参数无损测量技术的研究在医学诊断和治疗中有着重要意义和广泛应用前景.为求取最优化的光学特性参数,基于准直激光束通过均匀生物组织时所形成的表面漫反射光分布,提出利用退火遗传算法重构生物组织的光学特性参数,用此方法成功地实现了对强散射均匀生物组织多个光学特性参数的联合重构.     

强散射生物组织光学特性参数的重构

生物组织光学特性参数无损测量技术的研究在医学诊断和治疗中有着重要意义和广泛应用前景.为求取最优化的光学特性参数,基于准直激光束通过均匀生物组织时所形成的表面漫反射光分布,提出利用退火遗传算法重构生物组织的光学特性参数,用此方法成功地实现了对强散射均匀生物组织多个光学特性参数的联合重构.     

用近红外光谱技术实现生物组织含氧量的无损检测

为了实现利用近红外光谱技术进行生物组织氧合无损检测, 引入了光在强散射介质中的吸收定律,利用 Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ 方法计算了光子在组织中的迁移路径长度。在此基础上设计了双波长反射式近红外组织氧合变化监护仪。通过组织液体模型和人体骨骼肌含氧量检测的实验,证实了其有效性。     

偏振光在散射介质中的传播与成像

偏振光在散射介质中传播的过程中其时间、空间、方向、相干性和偏振等物理指标的变化规律，是强散射介质光学成像研究的基本问题，对发展生物医学光学新技术和新应用具有重要意义．从偏振光散射与传播基本过程出发，利用Monte Carlo方法，模拟偏振光子在强散射介质中传播的统计规律，并结合仿体和生物组织样品的实验，分析介质中散射粒子的形状、空间取向、组成和空间分布等因素对偏振光子传播和成像的影响；比较了在光路中采用角度、空间和偏振等门控技术之后对散射光子的抑止作用，以及对成像质量的改善。     

生物组织对偏振光背向散射Mueller矩阵的分布

用Stokes矢量描述光的偏振状态,光学器件对光的作用,用相应的Mueller矩阵表示,根据散射介质的对称性,从理论上推导出了生物组织背向散射Mueller矩阵的分布,对球形粒子组成的散射介质,画出了各Mueller矩阵元随方位角的分布图,与相应的实验结果进行了比较,结果表明,由球形散射粒子组成的不同粒子直径、不同浓度的散射介质,其背向散射Mueller矩阵的分布花样具有相似性,要区分各散射介质中散射粒子的大小、浓度等特征,必须细致的研究散射介质背向散射Mueller矩阵分布花样强度随径向的变化.     

点缺陷对波导的电场分布的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究二维常规光子晶体波导中加入点缺陷介质柱时,二维光子晶体波导的带隙结构与电场分布情况.其中点缺陷介质柱介电常数是空间坐标的函数,其函数形式为εr=kr+b,参数k和b的变化可以通过光学Kerr效应或电光效应来实现.结果表明,通过改变点缺陷介质柱介电常数的参数k和b以及点缺陷半径ra,可以调节光的传播方向和光场分布,从而可以控制光在波导中传播方向.因此当含点缺陷时,二维常规光子晶体波导的光场分布和光的传播方向具有可调性.这些理论为光学器件的设计提供有价值的新的设计思路.     

355 nm激光泵浦BN晶体受激拉曼散射实验的研究

自从受激拉曼散射被发现以后,发现了多种拉曼介质,这些拉曼介质有气体、液体还有固体,从这些介质的受激拉曼散射中得到上百条谱线,光谱分布从紫外到近红外,有效拓宽了激光光谱范围。增益较高的拉曼晶体有碳酸盐、硝酸盐和钨酸盐晶体,在这些晶体中Ba（NO3）2晶体是最有潜力的材料之一。该文研制出一套实验系统,通过受激拉曼散射的原理和实验结合来研究硝酸钡晶体的受激拉曼散射现象。研究内容主要包括如下：搭建一级放大1064 nm激光实验系统;在1064 nm有源光基础上,完成泵浦光355 nm激光的搭建;完成355 nm激光泵浦Ba（NO3）2晶体的受激拉曼散射实验研究。     

复杂生物组织中光传输规律的Monte Carlo方法及应用

该文针对生物组织的特殊光学性质，基于统计光学的基本原理，通过引入Monte Carlo方法对光在生物组织中的传输规律进行了大量数值模拟，得出了光在单层以及多层生物组织中光通量随深度的分布规律，计算结果与现有文献已报道的结果吻合较好，证明Monte Carlo方法是研究光在复杂（多层结构、各向异性、强散射）生物组织中传输规律的有效工具。     

仿生物组织透射光偏振特性的实验研究

该文在实验上研究了线偏振光经生物组织的传输后偏振特性的变化。选择Intrialipid悬浮液作为实验用仿生物组织样品，并利用Beam Profile2350测量了线偏振的He—Ne激光照射不同浓度、不同厚度的仿生物组织样品时透射光经过检偏器后的光场空间分布。根据不同的检偏角度下透射光的空间分布状况，分析了透射点位置坐标、样品浓度和厚度对透射光退偏程度的影响。     

基于有效介电函数的SOI材料的光学表征

通过参考有关文献关于卢瑟福背向散射能谱(rutherford back scattering spectrometry,RBS)、透射电镜(transmission electron microscope,TEM)、俄歇电子能谱(auger electron spectroscopy,AES)、红外反射谱法(infra...     

生物组织光学性质与表面反射率的相关性

从漫射理论出发,推导出了组织体漫 反射率与约化散射系数和吸收系数之间的唯一性关系,利用组织光学液体模型模拟组织体,实验验证了理论推导的正确性,这些结论对于无损测定生物组织光学特性具有重要的应用价值。     

水果组织光学参数的激光图像无损测量技术

为得到水果组织的光学特性参数，设计了用激光散射图像测量水果组织光学特性参数的试验装置，分析了苹果、梨、脐橙等水果组织的空间分辨漫反射光分布与距入射光源点的半径之间的相关性，采用基于漫射光传输理论研究了漫反射光分布，并应用偏最小二乘拟合方法确定了水果组织的光学参数，用此参数进行了水果组织中光子传输的蒙特卡罗模拟；将图像灰度测量结果与蒙特卡罗模拟结果进行了比较．结果表明，两者有很好的吻合性，最大误差为3．21％．光谱图像技术能准确地用于测量水果组织光学特性参数。     

平行板间各向异性散射介质辐射传递方程求解

通过计算离散能束在传播过程中散射的能量在空间方向上的分布份额,用基于蒙特卡洛法的DRESOR法在平行平板系统内对相函数分别为一阶前向、一阶后向的各向异性散射介质中的辐射传递方程进行了求解,分别给出了各向异性散射条件下系统边界的具有较高方向分辨率的辐射强度分布以及系统内的热流、热源和入射辐射分布,并对各向异性散射对结果的影响进行了分析.将计算辐射强度结果代入辐射传递方程进行验证计算,验证结果的比较证明了DRESOR法求解辐射传递方程的有效性和正确性,并且计算结果达到了很高的精度.     

基于波束级数展开的粒子椭圆高斯波束散射特性

基于矢量波函数之间的正交性等,得出了任意电磁波束的零阶场和x,y,z一阶场等粒子散射场的表达式,给出了各阶入射场展开系数与散射场展开系数的通用关系,以椭圆高斯波束为例,研究了椭圆高斯波束中粒子的散射特性,通过仿真分析了波束腰宽、照射距离等对散射特性的影响,验证了本文算法的有效性;研究表明:波束腰宽可以改善粒子的识别性能,波束中的粒子具有较强的前向后向散射特性.方法简单,为研究电磁波束的粒子散射特性探索了新的途径.     

OCT系统对单层散射组织的有效探测深度

为了研究光学相干层析术(OCT)系统在细直光束下对高散射生物组织的深度探测能力,介绍并应用了一种基于蒙特卡罗仿真方法的OCT模型.通过对蒙特卡罗仿真结果的统计分析,提出了OCT系统有效探测深度的评估方法,并分析了生物组织的光学特性参数对有效探测深度的影响.研究表明,生物组织的散射系数越小,越有利于提高OCT系统的有效探测深度.     

基于微扰法的指数型粗糙面光散射研究

运用微扰法研究了指数型粗糙面的光散射问题,给出了不同极化情形下散射系数的数学表达式,数值计算得到了双站和单站两种情形下散射系数随散射角变化的曲线,讨论了粗糙面高度起伏均方根、相关长度,介质介电常数,入射光波长对散射系数的影响,得出了指数型粗糙面光散射系数的特征,结果表明粗糙面高度起伏均方根、相关长度,介质介电常数,入射光波长对指数型粗糙面光散射系数的影响是比较复杂的。     

雪层覆盖的粗糙地面与导体目标复合电磁散射FDTD研究

运用时域有限差分方法（FDTD）研究了指数型分布的雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面导体柱的复合电磁散射,计算了复合电磁散射的双站散射系数,得到了复合散射系数随散射角变化的曲线,讨论了粗糙面高度起伏均方根、相关长度、雪层厚度、土壤湿度以及目标高度、尺寸等参数对复合散射系数的影响,得到了指数型分布分层地面与矩形截面柱复合电磁散射的特性。