Language
Корреляционное сканирование интенсивности (IC

Блог

ДомДом / Блог / Корреляционное сканирование интенсивности (IC
search

Mar 08, 2024

13 лучших утюжков для завивки волос, чтобы получить великолепные локоны

Mar 26, 2024

15 лучших тактических биноклей для охоты, наблюдения и многого другого

Mar 13, 2024

Обзор Ford Ranger XLS 2023 года: мы внедряем новую традицию

Apr 17, 2024

215 лучших советов по фотографии

Sep 15, 2023

Министерство молодежи и спорта готовится организовать чемпионат Африки по гандболу с 9 по 19 июля в Каире.

Отправьте запрос
ПРЕДСТАВЛЯТЬ НА РАССМОТРЕНИЕ

Jul 06, 2023

Корреляционное сканирование интенсивности (IC

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 7239 (2023) Цитировать эту статью 930 Доступ к сведениям о показателях Автор Исправление к этой статье было опубликовано 17 мая 2023 г. Эта статья обновлена.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7239 (2023) Цитировать эту статью

930 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-сканирования) 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 пространственных корреляционных функций 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 симметрии реплик9 и фазой 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.

2\right)\) the NL phase shift extends (compresses) beyond the incident intensity distribution, while for \(m=2\) the NL response of the medium is considered as local43. It is worth mentioning that the \({n}_{2}\) values measured in this work for \(m\ne 2\) are related to the thermo-optic coefficients that tend to induce self-defocusing effects in an equivalent way to the third-order NL refractive indices for the Kerr effect./p>2.0\right)\). Conversely, large illumination diffuser areas lead to the construction of a pattern with a large number of speckles, with smaller sizes, resulting in a more homogeneous intensity distribution, i.e., lower intensity contrast \(\left({g}_{self, max}^{\left(2\right)}<2.0\right)\). For this reason, the IC-scan curves present a peak-to-valley structure opposite to those of D4σ, which directly measure the beam size in the detection plane./p> 1.0 kW/cm2) are high enough to excite both linear and NL effects. Therefore, the cross-correlation function allows to analyze the statistical properties of the speckle patterns that were modified only by NL refraction effects./p> 15 kW/cm2, it is observed that for the colloid with f = 4.1 × 10–2, \(\Delta {g}_{cross, max}^{\left(2\right)}\) also deviates significantly from the values found for pure ethanol, indicating the contribution of some new NL phenomenon that influences the characterization of the NL refractive behavior. To understand the origin of the change in the slope of the \(\Delta {g}_{cross, max}^{\left(2\right)}\) versus I curve, experiments to characterize the behavior of the scattered light intensity with the increase of the laser intensity were performed. In these experiments, a cell with 1.0 mm thickness, containing SiO2 colloids, was located in the focus of a 10 cm lens, identical to that used in the Z-scan, D4σ and IC-scan experiments. The scattered light was collected in a direction nearly perpendicular to the propagation direction of the incident laser beam by using a microscope objective, a plano-convex lens and a photodetector, as schematized in Fig. 5i./p> 15 kW/cm2. This NL scattering contributions can be understood from the Rayleigh-Gans model60, by expressing the scattering coefficient as: \({\alpha }_{scat}={g}_{s}{\left(\Delta n\right)}^{2}\), where \(\Delta n\) represents the difference between the effective refractive indices of the NP and the host medium, and \({g}_{s}\) is an intensity-independent parameter, but depends on the size, shape and concentration of the NPs and the optical wavelength. By considering the NL refractive behavior of the colloids \(\left(\Delta n=\Delta {n}^{L}+\Delta {n}_{2}^{eff}I\right)\), it is possible to find expressions for the linear \(\left({\alpha }_{scat}^{L}={g}_{s}{\left[{\Delta n}_{L}\right]}^{2}\right)\) and NL \(\left({\alpha }_{scat}^{NL}=2{g}_{s}{\Delta n}_{L}{\Delta n}_{2}\right)\) scattering coefficients, with \({\alpha }_{scat}={\alpha }_{scat}^{L}+{\alpha }_{scat}^{NL}I\). Since the NL contribution of the SiO2 NPs was considered small compared to the solvent, \({\Delta n}_{2}\) corresponds mainly to the NL refractive index of ethanol, which became significant for higher intensities. Thus, as shown in Table 1, \({\alpha }_{scat}^{NL}<0\), decreasing the linear scattering coefficient for high intensities and corroborating the results of Fig. 5h,j. Therefore, in addition to the IC-scan technique allowing scattering-free NL refraction measurements, it also has the ability to distinguish linear and NL scattering contributions./p>