Monte Carlo方法研究光子在有界肿瘤组织中的分布

目的研究有界肿瘤组织中光子分布特性。方法通过建立光在有界肿瘤组织中传输模型,用蒙特卡罗方法模拟光子在有界生物组织的传输,与半无限大肿瘤组织中光子分布的特性对比,分析光子在有界肿瘤组织中的分布特性。结果肿瘤组织中光子能量密度分布在纵向和横向基本是按负指数规律变化,但沿纵向在入射表面附近有极值点,当取定较小边界范围时,光子能量密度增加,组织内的有效光子数下降。结论有界肿瘤组织光子能量密度沿纵向和横向变化规律与半无限大组织变化规律相似,肿瘤组织边界影响光子在生物组织的能量密度和有效光子数分布。     

多层生物组织中的光分布研究

利用蒙特卡罗方法模拟了五层皮肤组织中光的传输的分布情况。将准直的高斯光束垂直入射于皮肤组织表面,得到了径向分辨的漫反射率R（r)、角向分辨的R和T随着角度α（光子出射方向和组织表面法向的夹角）的一维变化关系。也得到了吸收能量密度A和组织内光能流率F随组织厚度z和r的二维变化关系,并分析了变化的原因。     

近光源下基于稳态空间分辨漫反射测量的光学参数反构

在各种生物医学诊断和治疗的过程中,准确计算组织的光学参数有着重要的意义．在大约化反照率及大检测距离下,通常使用漫射近似理论来描述光子在生物组织中的传输;而在低约化反照率或小检测距离下,学者们研究了多种其他的传输模型,如PN近似以及混合漫射近似等．针对在大约化反照率范围（0．50～0．99）以及小检测距离（0．4～8．0mm）下,使用6种光子传输模型（单点源和双点源模型下的漫射近似、混合漫射近似和P3近似）,研究了准确反构吸收系数和约化散射系数的方法．通过对模拟数据的非线性拟合及误差分析,发展了一种在5个不同约化反照率区间使用不同传输模型的联合反构方法,并给出了相应的最佳正向模型和误差范围．     

皮肤组织光学参数的变化对漫反射率、吸收比和光能流率的影响

根据皮肤结构特点,构建皮肤组织四层结构模型,采用Monte Carlo方法模拟计算光在皮肤中分布及皮肤组织光学参数变化对光分布的影响.得到如下结论：光在皮肤组织中的光能流分布与入射光束的形状和光束宽度有关,高斯光束在组织中的吸收和光能流率峰值都较均匀平面光束的大,高斯光束的能量更加集中;光在皮肤内的吸收、反射和分布与光照射参数及皮肤的光学参数有关.对于多层结构皮肤组织,第一层组织光学参数对光分布的影响要大于其它各层,越深层的组织参数对光分布的影响越小;光能流率随组织的吸收和散射系数及厚度增大而减小,但在组织表面附近出现微小的上升,且在同一层面,光能流率沿光轴向和径向都逐渐减小;漫反射率随吸收系数、各层折射率、各向异性因子和组织厚度的增大而减小,随散射系数的增大而增大;吸收比随吸收系数、折射率、各向异性因子和厚度的增大而增大,随散射系数的增大而减小.     

考虑脑脊液层的局部脑冷却传热分析

基于对脑部生理结构的分析,将脑部分为白质、灰质、脑脊液、颅骨和头皮5层,建立了三维脑部传热模型.讨论了外部冷量,血液灌注率和代谢产热率对温度分布的影响,研究各关键参数对脑部温度的影响规律.并着重比较了考虑脑脊液层与未考虑脑脊液层时的温度分布.结果表明,外部施加的冷量值和血液灌注率对温度分布有较大影响;在未考虑脑脊液层和考虑脑脊液层两种情况下,头皮、颅骨、脑脊液和部分灰质层的温度有较大差异.当冷量值增大时,此温差也会增大.并且两种情况下温差的峰值出现在脑脊液层.     

外磁场作用下一维光子晶体的群速度和电场分布

本文从光的电磁理论出发,结合固体物理中的能带理论,运用传输矩阵法,继续对外磁场作用下一维光子晶体的群速度和电场分布。在外磁场作用下,在光子带隙中出现窄通带,窄带中的光是局域的,带边电场分布的局域化更加明显。在一些频率范围和入射角度范围内,透射谱敏感地依赖于外磁场。     

星际介质中的纳米尘埃

星际尘埃,作为一种在宇宙中普遍存在的重要成分,在天文学研究中起着重要的作用.星际介质中的尘埃其尺寸分布涵盖从几个埃到几个亚微米的范围.对于有这样大的尺寸差异的星际尘埃,尘埃的热辐射机制差别很大.较大的尘埃颗粒,有比较大的吸收和发射截面,因而其吸收光子的速率和发射的速率也比较大,可以从吸收和发射能量的平衡来得出热平衡温度,并用热平衡温度和黑体辐射来计算其光谱.对于大小为纳米尺度或者更小的尘埃,由于其很小的尺寸,这类尘埃的热容量非常小.当这种尘埃吸收一个与其热容量相当或者更大能量光子的时候,尘埃就会经历一个非常明显的温度涨落:尘埃吸收一个紫外光子瞬间,其温度迅速上升,到达顶点后,由于尚没有外来能量的影响(因吸收截面小,吸收光子几率也非常小),尘埃开始通过热辐射降温,直到吸收另一个光子开始新的循环,这就是单光子加热模型(Single-Photon Heating Model).显然,热平衡和单光子加热是两个明显不同的过程.对于单光子加热,由于尘埃颗粒的温度涨落作用,尘埃不会处于一个稳定的平衡温度状态,因而不能用单一温度来描述其热辐射,必须计算出尘埃在温度涨落过程中的温度分布函数,然后计算其辐射谱.本文主要介绍纳米颗粒在星际空间中的存在证据,单光子加热模型,以及处于温度涨落中纳米颗粒的辐射特征.     

色散缓变全内反射光子晶体中孤子传输的等价增益

从非线性薛定谔方程出发,导出了Compton散射下全内反射光子晶体光纤中色散缓变管理孤子脉冲传输的准非线性薛定谔方程.数值模拟结果显示:耦合光能使孤子脉冲比散射前有更大的压缩效应,更剧烈振荡效应,更严重的偏离孤子形态效应.为保持孤子形态传输,应尽量避免Compton散射发生.     

硅光子晶体光纤中太赫兹波的衰减特性分析

本文采用有限元法分析了太赫兹波在光子晶体光纤中的传输特性,并对比在不同空气孔径下,太赫兹波在光子晶体光纤中的场分布和衰减。当d/Λ=0.95时,太赫兹光子晶体波导的传输损耗达到0.0012dB/m,满足太赫兹波传输要求。     

一维光子晶体的基本光学特性推导

建立了一维周期的光子晶体模型,应用特征矩阵法计算光子禁带,并由菲涅尔公式得出传播的电磁波的能量密度和能流密度。在此基础上,利用特征矩阵法求解一维光子晶体的禁带与层分布的关系,指出了一维光子晶体的基本光学特性。     

基于自然边界条件求解辐射传输方程的方法

基于零内向流边界条件的辐射传输方程是目前被广泛采用的描述有限组织体中光子传播过程的模型.由于生物组织体及其周围介质之间折射率的差异,零内向流边界条件无法准确模拟光子到达边界时的传播过程,从而导致了实际应用中对光学参数的重建存在明显误差.为解决这一问题,建立了考虑边界内反射效应的自然边界条件下的辐射传输方程模型,发展了一...     

光子数守恒的平衡光子气体

光子数不守恒的光子气体已详细研究过,在天体条件下,存在光子数守恒的光子气体,本文讨论了这种平衡光子气体的性质。应用化学势不为零的玻色－爱因斯坦统计分布,求得这种平衡光子气体的能量密度,总能量密度和相应的位移定律。     

平面型混浊介质光反射四能流Kubelka-Munk模型

通过分析光在介质-空气和介质-表面粗糙基构成界面上和平面分层混浊介质中的反射、散射和吸收规律,提出了混浊介质中传输的光能流将由界面或混浊介质的定向反射和漫反射作用而产生的定向光能流和漫射光能流构成.考虑到这两种光流能量比率的动态转化规律,运用辐射传递理论和四能流光子流传输模式修正了经典二能流Kubelka-Munk模型,建立了四能流Kubelka-Munk模型.研究表明,由经典二能流Kubelka-Munk模型计算得出的色彩要比实际的色彩偏红.     

光波在一维光子晶体中传播行为的数值研究

由Kronig-Penney模型导出了光波在一雏光子晶体中传播的群速度的解析表达式，利用传输矩阵法对一维光子晶体的色散关系和群速度分布特征进行了数值研究．结果表明，光波在光子晶体中传播的群速度与光子带隙结构及色散特性有着密切的联系，光子导带内的群速度为有限值，在光子禁带的边缘，群速度迅速减小而趋于0，光的传播具有显著的带边延迟效应．同时，在反常色散区，群速度为负值，光的传播表现出明显的超光速现象．光子晶体的结构参数直接影响光波在光子晶体中的群速度．     

一维新型函数的光子晶体

提出一种新型函数光子晶体, 其折射率为空间位置函数.  先由费马原理给出光在一维函数光子晶体中的运动方程,  推导后得到传输矩阵, 再给出一维函数光子晶体的色散关系、 带隙结构和透射率, 并通过选择不同折射率分布函数n(z)得到比常规光子晶体更宽或更窄的能隙结构.     

基于轨迹数据的空中交通燃油消耗估算

针对QAR数据难以获取以及现有空中交通燃油消耗估算方法精度差等缺点,提出了基于雷达轨迹和回声状态网络的空中交通燃油消耗估算方法。首先采用QAR数据训练了多参数回声状态网络燃油流率估算模型;然后,为了使该模型适用于雷达轨迹数据,通过灵敏度分析的方法提取影响燃油流率的关键因素,确定了以飞行状态、真空速、高度等参数作为输入量的少参数燃油流率估算模型;最后,以20条真实轨迹数据进行模型验证,结果表明:该估算模型的相对误差约为4%,精度比BADA模型提高了40%。     

用能量间隔主方程处理CF_2HCl分子红外多光子解离过程

本文用RRKM理论,考虑碰撞能量传递过程(V-T过程)、烧孔填充效应、激光吸收和发射的能量间隔主方程(EGME)对不同压力下CF_2HCl分子红外多光子解离产率和激光能量密度关系的实验结果进行了拟合。EGME的计算值和实验结果符合。用EGME计算了参数f_p值在不同压力下随能量密度的变化关系。此结果较合理地反映了不同压力下的烧孔填充效应。本文还用EGME计算了CF_2HCl激发态分子在不同时间在各能级上的布居分布。计算结果表明不同压力下的布居分布情况明显不同。     

一维变频光子晶体的透射特性

提出一种新的一维变频光子晶体,并给出其传输矩阵及电场分布表达式.在此基础上,计算一维变频光子晶体的透射率和电场分布,并研究变频函数、变频介质折射率、厚度、周期数及缺陷层对变频光子晶体透射率与电场分布的影响.结果表明,变频光子晶体比常规光子晶体的禁带更宽.     

海上蒸发波导多径传输建模

文中对电波在海上蒸发波导内的传输模型进行研究,在设定的波导模型下研究海面环境和蒸发波导对射线幅度衰减的影响.在不同海面情况进行仿真给出电波衰减模型.文中详细分析了海洋环境对波导内传输信号影响的程度.通过射线追踪技术研究蒸发波导的多径参数及其分布,给出到达角、到达高度分布的参考模型,得到传输100 km后信号的多径时延在10-9～ 10-7s之间.并据此建立蒸发波导多径传输模型.     

光诱导平面波导阵列的参数对光波离散动力学行为的影响

空间频率模式的光子带隙反映了光波在周期性结构中的衍射特性．以光折变非线性波传输方程为基础,研究了光折变晶体中光诱导平面波导阵列的光子带隙结构以及其中的Bloch波模式和光波传输特性．详细讨论了光子带隙与光波衍射的关系,并分析了光诱导平面波导阵列的结构参数对光子带隙结构、Bloch波模式以及光波线性传输行为的影响．结果表明：光波在平面波导阵列中的线性传输行为与反映光子带隙结构的衍射关系密切相关,通过改变入射条件可以激发出各阶通带的传输模式．随着阵列写入光强度或波导阵列周期的增大,光子带隙会变宽,并且Bloch波的能量逐渐向高折射率区集中．光子带隙的增宽会导致相邻通带的传输模式在Bragg角度附近发生分离和突变．另外,由于饱和效应的存在,光强的影响会随光强的增大而趋于平稳．