НИЗКОКОГЕРЕНТНАЯ РЕФЛЕКТОМЕТРИЯ ФЛУОРЕСЦИРУЮЩИХ СЛУЧАЙНО-НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

Исаева А.А., Исаева Е.А., Ювченко С.А., Зимняков Д.А. Низкокогерентная рефлектометрия флуоресцирующих случайно-неоднородных сред // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 3. С. 387–393.

doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-3-387-393

Предмет исследования. Для исследования флуоресцирующих случайно-неоднородных сред применен метод низкокогерентной рефлектометрии. В качестве флуоресцирующей случайно-неоднородной среды использовались слои плотно упакованных частиц диоксида титана, допированных красителем родамином 6G. Метод. Подход низкогерентной рефлектометрии основан на анализе моментов флуктуаций интенсивности стохастических интерференционных полей второго и третьего порядков. Флуоресцентное излучение, индуцированное непрерывной лазерной накачкой в полосе поглощения флуорофора, формирует стохастическую интерференционную картину. Распределение интенсивности в стохастических интерференционных полях определяется соотношением длины когерентности флуоресцентного излучения и разностью оптических длин путей интерферирующих компонент поля. Для анализа стохастической интерференции в регистрируемом сигнале использована конфокальная схема детектирования. Основные результаты. По экспериментально полученным пространственным флуктуациям флуоресцентного излучения в спектральном диапазоне от 560 до 700 нм рассчитаны моменты второго и третьего порядков флуктуаций интенсивности для фиксированных длин волн и построены спектральные зависимости моментов. Показана взаимосвязь между статистическими моментами второго и третьего порядков многократно рассеянных компонент флуоресцентного излучения и параметрами функции когерентности излучения и функцией плотности вероятности оптических длин путей интерферирующих компонент. Практическая значимость. Рассмотренный метод может быть интерпретирован как метод восстановления оптических транспортных характеристик сред, основанный на сопоставлении экспериментально полученных статистических моментов флуктуаций интенсивности флуоресцирующего излучения и теоретически рассчитанных оптических транспортных параметров, восстановленных методом обратного Монте-Карло. Исследование фундаментальных процессов взаимодействия излучения со случайно-неоднородными рассеивающими средами с высоким квантовым выходом флуоресценции необходимо учитывать в методах спектроскопии при анализе функционального и морфологического состояний сложно структурированных сред, таких как слои биотканей, основанных на зондировании в полосах поглощения естественных и искусственно вводимых в ткань хромофоров.

1. Brunel L., Brun A., Snabre P., Cipelletti L. Adaptive speckle imaging interferometry: a new technique for the analysis of microstructure dynamics, drying processes and coating forma- tion. Optics Express, 2007, vol. 15, no. 23, pp. 15250–15259. doi: 10.1364/oe.15.015250
2. Zakharov P., Cardinaux F., Scheffold F. Multispeckle diffusing- wave spectroscopy with a single-mode detection scheme. Physical Review E, 2006, vol. 73, no. 1. doi: 10.1103/physreve.73.011413
3. Liu B., Brezinski M.E. Theoretical and practical considerations on detection performance of time domain, Fourier domain, and swept source optical coherence tomography. Journal of Biomedical Optics, 2007, vol. 12, no. 4. doi: 10.1117/1.2753410
4. Van Rossum M.C.W., Nieuwenhuizen Th.M. Multiple scattering of classical waves: microscopy, mesoscopy, and diffusion. Reviews of Modern Physics Reviews of Modern Physics, 1999, vol. 71, no. 1, pp. 313–371. doi: 10.1103/revmodphys.71.313
5. Ushenko A.G. Laser polarimetry of polarization-phase statistical moments of the object field of optically anisotropic scattering layers. Optics and Spectroscopy, 2001, vol. 91, no. 2, pp. 313– 316. doi: 10.1134/1.1397917
6. Aoki T., Sakurai K. Photon statistics of partially polarized Gaussian light. Physics Review A, 1979, vol. 20, no. 4, pp. 1593– 1598. doi: 10.1103/physreva.20.1593
7. Bjork G., Soderholm J., Kim Y.-S., Ra Y.-S., Lim H.-T., Kothe C., Kim Y.-H., Sanchez-Soto L.L., Klimov A.B. Central-moment description of polarization for quantum states of light. Physics Review A, 2012, vol. 85, no. 5. doi: 10.1103/physreva.85.053835
8. Bi R., Dong J., Lee K. Multi-channel deep tissue flowmetry based on temporal diffuse speckle contrast analysis. Optics Express, 2013, vol. 21, no. 19, pp. 22854–22861. doi: 10.1364/oe.21.022854
9. Zimnyakov D.A., Sina J.S., Yuvchenko S.A., Isaeva E.A., Chek- masov S.P., Ushakova O.V. Low-coherence interferometry as a method for assessing the transport parameters in randomly inhomogeneous media. Quantum Electronics, 2014, vol. 44, no. 1, pp. 59–64. doi: 10.1070/qe2014v044n01abeh015292
10. Karamata B., Laubscher M., Leutenegger M., Bourquin S., Lasser T., Lambelet P. Multiple scattering in optical coherence tomography. I. Investigation and modeling. Journal of the Optical Society of America A, 2005, vol. 22, no. 7, pp. 1369–1379. doi: 10.1364/josaa.22.001380
11. Zimnyakov D.A., Asharchuk I.A., Yuvchenko S.A., Sviridov A.P. Stochastic interference of fluorescence radiation in random media with large inhomogeneities. Optics Communication, 2017, vol. 387, pp. 121–127. doi: 10.1016/j.optcom.2016.11.045
12. Angelsky O.V., Maksimyak P.P. The investigation of the transformation phenomenon of the longitudinal correlation function of the field propagating in the light scattering medium. Optics and Spectroscopy, 1986, vol. 60, no. 2, pp. 331–336.
13. Angelsky O.V., Maksimyak A.P., Maksimyak P.P., Hanson S.G. Optical correlation diagnostics of rough surfaces with large surface inhomogeneities. Optics Express, 2006, vol. 14, no. 16, pp. 7299–7311. doi: 10.1364/oe.14.007299
14. Goodman J.W. Statistical Optics. Wiley, 2000, 567 p.
15. Nieuwenhuizen T.M., Van Rossum M.C. Intensity distributions of waves transmitted through a multiple scattering medium. Physical Review Letters, 1995, vol. 74, no. 14, pp. 2674–2677. doi: 10.1103/physrevlett.74.2674
16. Kogan E., Kaveh M. Random-matrix-theory approach to the intensity distributions of waves propagating in a random medium // Physical Review B. 1995. V. 52. N 6. P. R3813–R3815. doi: 10.1103/physrevb.52.r3813

17. Thompson C.A., Webb K.J., Weiner A.M. Imaging in scattering media by use of laser speckle // Journal of the Optical Society of America A. 1997. V. 14. N 9. P. 2269–2277. doi: 10.1364/josaa.14.002269
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License