Mie理论归一化散射光强的研究

采用了Mie理论分析了微球体光学元件的光散射性能，并对Mie理论中归一化散射光强Is的数学性质进行了理论分析，并给出了数值结果。研究了口径参数x与相对折射率m对归一化散射光强Is分布的影响，从而可以评价微球体光学元件对光的会聚及散射能力。结果表明半径较大、折射率较小的微球体光学元件对光的会聚能力较强。本结论为微光球体学元件的选择及性能分析提供了依据。     

白细胞对偏振光的散射特性及散射特性与细胞结构的关系

为了研究白细胞对偏振光的散射特性,运用几何光学近似理论修正偏振光传输的斯托克斯-穆勒矩阵元,基于偏心球模型数值模拟了两束偏振化方向互相垂直的偏振光入射时,不同形状、大小、折射率的无粒白细胞的散射光强空间分布以及散射特性与细胞结构的关系。不同条件下偏振光散射三维分布图像呈现不同的条纹特征,表明分布规律与细胞模型的形体参量和光学参量具有相关性。散射光强的差值、比值、差和比的分析结果表明,偏振光的后向散射反映了细胞内部更丰富的结构信息和光学信息。     

有核细胞光散射强度分布的动态特性

针对核式形体细胞微粒,基于双椭球核式(DCEM)模型,应用数值计算技术分别讨论了细胞在大小变化、胞质厚度变化、核质大小变化、细胞形体变化、折射率变化、入射角变化情况下对其光散射强度分布所产生的影响,并建立相应的模型进行数值计算和三维拟合。得到了有核细胞光散射强度分布与有核细胞相关物理特征量变化下的动态响应关系及其影响特征。此外,对有核细胞在形体和入射角连续变化情况下,光散射强度所受的影响进行了数值拟合,并对拟合效果进行了误差估算。促进了真实形体细胞测量修正理论的完善和微扰测量理论的实际应用,为单细胞的光学检测和鉴别技术的提高提供了理论依据。     

单椭球模型红细胞大小光学测定的修正方法

文中分析了真实血红细胞的形体分布特征和光散射特征,建立了单椭球数学模型,得到了其形体影响的非线性数学关系,建立了血红细胞群形体分布的概率分布函数,引入血红细胞形体分布影响的统计微扰修正方法。为提高血红细胞大小分布检测结果的精度提供了理论和技术的依据。     

光微流控可调谐渐变折射率透镜特性研究

基于对流扩散效应,利用有限元分析法建立了一种光学渐变折射率微腔流体透镜。分析了微腔中芯、包层液体在对流扩散过程达到稳定后的浓度分布情况,即所谓的混合流体折射率分布。研究了对流扩散模型结构,分别在一般情况下（芯层流体折射率大于包层流体折射率）和中心凹陷情况下（芯层流体折射率小于包层流体折射率）,沿流体流动方向的不同截面对流扩散后折射率分布情况。     

相对折射率对前向散射粒度测试的影响

折射率是基于Mie理论的前向散射法颗粒测量中的重要参数。为了减小颗粒测量误差,在Mie理论、Debye级数展开以及夫琅禾费衍射理论基础上,分析了相对折射率对散射光能分布的影响方式,揭示散射光能分布宽度随相对折射率的变化呈周期振荡特性,并得到该振荡的经验公式;解释了散射光能分布随相对折射率变化的原因,实验验证结果表明,散射光能随相对折射率变化呈周期振荡特性,振荡周期为π,振荡曲线上极小值对应反演结果更接近标称值。因此,在实际测量中,应尽量选择分散介质,使相对折射率对应的散射光能分布宽度处于振荡曲线的极小值点。     

透明介质的衍射效应

多晶材料对光的散射能力有三种成因:晶界散射,异相散射,气孔散射.实际上,上述每一种结构又皆由其它结构相包围.如此造成的具体现象是所考察介质元相对于周围介质的折射率有一定的变化.对此情况建立模型,通过简化的衍射分析,可得出散射作用对折射率变化大小的依赖关系.     

背向受激瑞利散射的理论研究

提出一个新颖的模型来描述受激散射过程.由于光与介质相互作用会引起介质内折射率变化,我们引入德拜弛豫关系来描述折射率对光场的响应,通过求解非线性耦合波方程得到了受激瑞利散射的增益因子,并分析了德拜弛豫常数对二波之间能量耦合的影响,以及导致解受激散射的各种物理机制.     

激光散射流式细胞仪前向光探测方法研究

流式细胞仪利用微球光散射特性对测试细胞进行分析,细胞病变将改变细胞的光学特性,而粒径和折射率是改变细胞散射光光强分布的两大因素,针对激光散射流式细胞仪前向散射光采用单个光敏元件进行一维探测,只针对细胞粒径进行分析的缺点,提出一种前向散射光线阵式探测的方法。首先,根据微粒的Mie氏散射特性建立了模型。然后根据散射模型仿真结果,对不同散射光曲线的特征权值进行了分析。最后基于K-modes聚类算法,对试验数据进行聚类分析。实验结果证明,该方法不仅能替代传统方法对不同粒径大小的颗粒进行分群,同时可以对相同粒径,不同折射率的微球进行分群,误差小于4.51%。     

光致折变Taper光纤耦合器的耦合波分析

研究利用光纤中光致折变效应研制的光纤波导折射率沿轴向渐变的Ｔａｐｅｒ器件的模式耦合特性．在标量场近似下，用本地模表示的方法分析在阶梯折射率分布光纤和平方律折射率光纤的轴向折射率渐变过渡结构中传输的基模向反向散射模和高价模的耦合。对阶梯折射李光纤两种不同折射率Ｔａｒｅｒ结构的数值计算结果表明：在折射率变化相对缓慢情况下，这种折射率Ｔａｐｅｒ耦合器的基模反向散射和向高阶模的耦合都很小；基模能够自适应地调节以适应波导折射率的渐变，具有优良的传输性能．     

A Note on the Optical Scattering Characteristics of Whole Blood

The effect of the cell membrane on the scattering and absorption of light by a red blood cell is investigated theoretically using spherical models. It is shown that although the backscattering cross section varies considerably with cell membrane refractive index, cell membrane has very little to do with other scattering and absorption characteristics in general.     

Light-guiding effect in a two-fluid model of laser angioplasty

Mixing and optical characteristics of blood and optical fluid, utilized in laser angioplasty, are investigated with a two-fluid model. Transport equations are solved for the zone-averaged variables of each fluid with allowance for momentum transport at the interface. The predicted volume fractions of the fluids are used as weight functions to calculate the mixture refractive index. A set of light rays are traced through the fluids to the plaque, utilizing the mixture refractive index. The results indicate significant effect of flow characteristics on the focusing of the rays     

激光法测量湍流流场时散射粒子的选择

激光技术测速时需要有合适的粒子。本文研究了用三维粒子动态分析仪(PDA)测量湍流流场时选择合适的散射粒子的问题。试验结果和理论分析表明:(1)散射粒子的特性参数是影响测速精度的重要因素;(2)在湍流度较高的流场中测量时应尽可能选择直径小、密度低、折射率大的粒子作为散射粒子,而且粒子散播的浓度要合适。     

Evaluation of a Laser Doppler Flowmeter for Measurement of Tissue Blood Flow

An instrument for measurement of tissue blood flow based on the laser Doppler principle was evaluated using a fluid model. A unique and linear relationship between flowmeter response and flux of red cells was demonstrated with red cell velocities and volume fractions within the normal physiological range of the microcirculatory network of the skin. Different degrees of oxygenation proved to influence the Doppler signal only to a minor extent. The study also shows that the Doppler signal is formed essentially by heterodyne mixing of light beams backscattered in static structures and moving red cells.     

On the flow dependency of the electrical conductivity of blood

Experiments presented in the literature show that the electrical conductivity of flowing blood depends on flow velocity. The aim of this study is to extend the Maxwell-Fricke theory, developed for a dilute suspension of ellipsoidal particles in an electrolyte, to explain this flow dependency of the conductivity of blood for stationary laminar flow in a rigid cylindrical tube. Furthermore, these theoretical results are compared to earlier published measurement results. To develop the theory, we assumed that blood is a Newtonian fluid and that red blood cells can be represented by oblate ellipsoids. If blood flows through a cylindrical tube, shear stresses will deform and align the red blood cells with one of their long axes aligned parallel to the stream lines. The pathway of a low-frequency (< 1 MHz) alternating electrical current will be altered by this orientation and deformation of the red blood cells. Consequently, the electrical conductivity in the flow direction of blood increases. The theoretically predicted flow dependency of the conductivity of blood corresponds well with experimental results. This theoretical study shows that red blood cell orientation and deformation can explain quantitatively the flow dependency of blood conductivity.     

气溶胶粒子等效复折射率的BP神经网络建模

利用改进的BP算法,结合Mie散射理论,建立了波长、散射系数、吸收系数与气溶胶粒子等效复折射率之间的非线性映射关系,实现了反演实际大气非均匀气溶胶粒子等效复折射率的BP神经网络模型的建模.利用该模型对气溶胶粒子等效复折射率进行了反演,根据反演得到的等效复折射率计算了其光学特征量,计算结果与实测结果基本吻合.     

前后向散射特征分析下的白细胞亚型分类识别仿真研究

针对传统流式细胞分析技术中,细胞亚结构形态识别困难以及荧光染色又会改变细胞活性问题的研究需要,依据淋巴细胞和嗜酸性粒细胞形态特征建立了对应的偏心单核细胞模型及双核细胞模型。基于光散射理论下的仿真实验软件,设计了可同时接收细胞前向和后向散射光谱的仿真实验光路,获得了这两种细胞模型下的散射分布图谱,由此建立了不同核质相对折射率下的前、后向散射光光强与442、532、633 nm入射波长关系。通过前、后向散射光谱特征分析,发现在以后向散射光信号为纵轴,前向散射光信号为横轴表征下,淋巴细胞和嗜酸性粒细胞具有明显的分类分区散点特征,从而提出了一种淋巴细胞以及嗜酸性粒细胞的分类识别方法。该散射分类识别计数方法对于设计全光学、非入侵、免标记的血细胞分析仪有一定的潜在应用价值。     

激励态向列微滴散射理论的修正及其参量拟合

用反常衍射(ADA)理论与实验数据优化拟合方法分析了聚合物分散液晶(PDLC)微滴在633nm激光照射下的散射特性与微滴尺寸、聚合物折射率的关系。在聚合物分散液晶中除了液晶微滴本身的散射以外，还有例如界面散射、杂质散射、材料折射率不均匀等附加散射因子，考虑这些因素以后对反常衍射散射理论进行了修正，提出用参量拟合来测量聚合物分散液晶中聚合物折射率、微滴半径以及液晶体积百分数等参量的方法。测量了微滴的直径在2μm左右聚合物分散液晶的参量。结果表明，对聚合物分散液晶聚合物折射率的误差在5％以内，而对液晶体积分数的测试误差较大，达到10％左右。     

基于离散偶极子近似生物细胞光散射研究

用离散偶极子近似（Discrete Dipole Approximation,DDA）对生物细胞的光散射特性进行数值模拟,分析讨论了基于生物细胞的相对折射率、散射截面、粒子直径等的光散射图像。分析表明,生物细胞的散射光强随着散射角度和相对折射率的增大而增大,散射的主要能量集中在10散射角以内。然后设计了用于分析悬浮生物细胞的光散射实验装置,并以悬浮的牛肾细胞作为实验样品,进行实验研究。分析结果显示,模拟数据与实验数据符合较好。为进一步研究生物细胞散射特性以及无损检测提供一种理论和实验方法。