利用蒙地卡羅法模擬光對隨機分佈球體 的傳播與散射行為

Abstract

我們已利用蒙地卡羅法，模擬了光在紊亂媒質(隨機均勻分佈的球體)中的傳播情形，本篇論文深入探討蒙地卡羅法模擬無極化光與物質的交互作用，討論實際實驗上會遇到的問題如接收機與樣本距離和接收機的接收面積對散射結果會有不同的影響外，樣本裡的粒子大小或介電常數不同時會影響整體的散射行為，粒子的數量僅僅影響整體散射強度的量值，另外，若樣本裡的粒子資訊相同(如散射粒子的大小、數量及介電常數均相同)但樣本的外觀結構不同時，我們依然可以得到不同的散射後強度分佈圖，我們了解除了樣本裡不同散射體與吸收體對於散射結果有不錯的鑑別度外，模擬不同樣本結構亦會有不同的差異性，如此在應用逆蒙地卡羅法(Inverse Monte Carlo)時不但可以反推樣本裡的資訊，甚至樣本的結構亦可以利用逆蒙地卡羅法來推求。最後，蒙地卡羅法的模擬結果也與PSTD(Pseudo spectral time-domain method)的模擬結果做一個相比對發現，當球佔據樣本的空間密度小於10%的時候有很好的相符性。

Monte Carlo method is used to simulate light propagation in turbid media consisting of randomly distributed dielectric spheres. Interaction of unpolarized light with the medium has been simulated and analyzed. In this thesis, we discuss the influence on the total scattering cross section and scattering intensity of distance between the medium and photo-detector, due to model geometry, sphere size inside the sample, numbers and optical index. It is shown that specific information of the medium can be extracted. Therefore, the Inverse Monte Carlo technique can be employed to extract the information from turbid media. Finally, Monte Carlo results have been compared with the Pseudo spectral time-domain (PSTD) simulation for a cluster of volume density less than 10%.