Nov 24, 2023
Корреляционное сканирование интенсивности (IC
Научные отчеты, том 13,
Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7239 (2023) Цитировать эту статью
691 Доступов
Подробности о метриках
Авторская поправка к этой статье была опубликована 17 мая 2023 г.
Эта статья обновлена
Рассеяние света, вызванное как желаемыми, так и паразитными элементами, считается одним из основных явлений, которые представляют собой серьезные проблемы для нелинейного (НЛ) оптического определения характеристик мутных сред. Наиболее значимым возмущающим фактором является случайная деформация пространственного распределения интенсивности лазерного луча из-за многократного рассеяния. В этой работе мы сообщаем о методе корреляционного сканирования интенсивности (IC-сканирование) как о новом инструменте для характеристики оптического отклика NL рассеивающих сред, используя преимущества рассеяния света для создания спекл-паттернов, чувствительных к изменениям волнового фронта, вызванным самофокусировкой. и эффекты самодефокусировки. Кривые пропускания от пика до впадины с более высоким отношением сигнал/шум получаются путем анализа функций пространственной корреляции интенсивности различных спекл-паттернов даже в очень мутных средах, где традиционные методы NL-спектроскопии не работают. Чтобы продемонстрировать потенциал метода IC-сканирования, была проведена NL-характеристика коллоидов, содержащих высокую концентрацию наносфер кремнезема в качестве рассеивателей, а также золотых наностержней, которые действуют как частицы NL и светорассеиватели. Результаты показывают, что метод IC-сканирования является более точным, точным и надежным для измерения показателей преломления NL в мутных средах, преодолевая ограничения, налагаемые хорошо зарекомендовавшими себя методами Z-сканирования и D4σ.
Рассеяние света является одним из наиболее фундаментальных оптических явлений, наблюдаемых в результате взаимодействия света с веществом, возникающего в результате неоднородности показателя преломления по объему рассеяния1. Об актуальности рассеяния в ряде твердых и мягких конденсированных систем свидетельствуют различные неинвазивные методы, разработанные для измерения размера частиц и коллоидной стабильности2, обнаружения микродефектов3, диагностики оптических тканей4, а также для исследования их применения в оптических суперсферах. -разрешение5, трехмерная голография6, современная криптография7 и случайные лазеры8. Даже в этой последней системе, перейдя от режима однократного рассеяния к режиму многократного рассеяния, можно было изучить новые явления диффузии света, такие как стеклообразная фаза света, совместимая с нарушением репликальной симметрии9 и фаза Флоке10 в фотонных системах, а также андерсоновская локализация света11. Тем не менее, чем более плотна и неупорядочена среда, взаимодействующая со светом, тем значительнее искажения, вызываемые рассеянными фотонами, в пространственных и временных профилях интенсивности прошедшего или отраженного пучка, что не всегда желательно в оптических и фотонных системах12. 13,14.
Спекл-паттерны являются ярким примером сложного распределения интенсивности, которому может подвергнуться когерентный луч, рассеянный неупорядоченной средой с высокой степенью рассеяния. Эти узоры со случайно распределенными интенсивностью и фазой являются результатом суперпозиции множества различных рассеянных волн, которые интерферируют с фактически случайными фазами15. Долгое время спеклы рассматривались просто как шумовое явление, мешающее наблюдению различных физических процессов, уменьшающее соотношение сигнал/шум и, как следствие, ограничивающее точность и чувствительность многих оптических методов16,17,18,19. Такая интерпретация разумна, когда рассеяние света вызвано паразитными частицами, а именно. пыль или дефекты системы20,21,22. Однако, когда спеклы являются результатом внутреннего беспорядка системы, анализ их статистических свойств, таких как корреляционная функция интенсивности и спектральная плотность мощности, может дать соответствующую информацию об оптических свойствах изучаемой системы23. Значительный прогресс в статистическом исследовании спекл-паттернов достигнут в звездной физике24, случайных лазерах25,26,27, оптической обработке изображений28, оптических манипуляциях29, точных измерениях контура, деформации, вибрации и деформации различных материалов30, смещениях и деформациях диффузных частиц. анализ объектов31 и биологических тканей32.