Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Zimnyakov D. А., Sviridov A. P., Omelchenko A. I., Trifonov V. V., Agafonov D. N., Zhakharov P. V., Kuznetsova L. V. Speckle diagnostics of relaxation processes in non-stationary scattering systems [Зимняков Д. А., Свиридов А. П., Омельченко А. И., Трифонов В. В., Агафонов Д. Н., Захаров П. В., Кузнецова Л. В. Спекл-диагностика релаксационных процессов в нестационарных рассеивающих системах] // Известия вузов. ПНД. 2002. Т. 10, вып. 3. С. 188-204. DOI: 10.18500/0869-6632-2002-10-3-188-204

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2002-3_zimnyakov_etal.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
английский
Рубрика: 
Новое в прикладной физике
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
535.361
DOI: 
10.18500/0869-6632-2002-10-3-188-204

Speckle diagnostics of relaxation processes in non-stationary scattering systems
[Спекл-диагностика релаксационных процессов в нестационарных рассеивающих системах]

Авторы: 
Зимняков Дмитрий Александрович, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ)
Свиридов Александр П., Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН
Омельченко Александр И., Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН
Трифонов Валерий В., Институт проблем точной механики и управления РАН
Агафонов Дмитрий Николаевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Захаров Павел В., Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Кузнецова Лиана В., Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Аннотация: 

Рассмотрен когерентно-оптический метод исследования процессов нестационарного массопереноса в рассеивающих средах на основе статистического анализа пространственно-временных флуктуаций интенсивности спекл-модулированных оптических полей, рассеянных объектами. В качестве примеров рассмотрены: анализ нестационарного массопереноса при испарении насыщающей жидкости из неупорядоченного пористого слоя и анализ структурной модификации хрящевой ткани в процессе ее нагрева ИК лазерным излучением. В случае испарения жидкости из пористого слоя обнаружен эффект аномального уширения спектра флуктуаций интенсивности спекл-модулированного рассеянного излучения при уменьшении скорости испарения жидкой фазы, обусловленный особенностями развития фрактального фронта испарения. Характерной особенностью термической модификации структуры хрящевой ткани является существование гистерезиса зависимости контраста спеклов, модулирующих изображение исследуемой ткани в когерентном свете, от температуры ткани в зоне модификации. Механизм структурной модификации хрящевой ткани предположительно связан с термически активированным переходом «связанная вода - свободная вода» в структуре протеогликановых агрегатов как одной из базовых составляющих хрящевой ткани.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Эта работа была частично поддержана грантом CRDF REC-006, а также грантом РФФИ № 01-02-17493.
Список источников: 
  1. Pine D.J., Weitz D.A., Chaikin P.M., and Herbolzheimer Е. Diffusing-light spectroscopy. Phys. Rev. Lett. 60, 1134-1137 (1988).
  2. Maret G. and Maret G. Multiple light scattering from disordered media. The effect оf Brownian motion оf scatterers. Z. Phys. B 65, 409-413 (1987).
  3. Menon N and Durian D.J. Diffusing-wave spectroscopy of dynamic in a three-dimensional granular flow. Science 275, 1920-1922 (1997).
  4. Kao M.H., Yodh A.G., and Pine D.J. Observation of Brownian motion on the time scale of hydrodynamic interactions. Phys. Rev. Lett. 70, 242-245 (1993).
  5. Yodh A.G., Georgiades N., and Pine D.J. Diffusing-wave interferometry. Optics Communications 83, 56-59 (1991).
  6. Boas D.A., Bizheva K.K., and Siegel AM. Using dynamic low-coherence interferometry to image Brownian motion within highly scattering media. Optics Letters 23,1087-1089 (1998).
  7. Stern M.D. In vivo evaluation of microcirculation by coherent light scattering. Nature (London) 254, 56-58 (1975).
  8. Essex T.J.H. and Byrne Р.О. A laser Doppler scanner for imaging blood flow in skin. J. Biomed. Eng. 13, 189-194 (1991).
  9. Boas D.A. and Yodh A.G. Spatially varying dynamical properties оf turbid media probed with diffusing temporal light correlation. J. Opt. Soc. Аm. A 14, 192-215 (1997).
  10. Fercher A.F. and Briers J.D.Flow visualization by means of single-exposure speckle photography. Optics Communications 37, 326-330 (1981).
  11. Briers J.D. and Webster S. Laser speckle contrast analysis (LASCA): а nonscanning, full-field technique for monitoring capillary blood flow. J. Biomed. Opt. 1, 174-179 (1996).
  12. Sadhwani А., Schomacker K.T., Tearney G.J., and Nishioka N.S. Determination of Teflon thickness with laser speckle. I. Potential for burn depth diagnostics. Appl. Opt. 35, 5727-5735 (1996).
  13. Jacques S.L. and Kirkpatrick S.J. Acoustically modulated speckle imaging of biological tissues. Opt. Lett. 23, 879-881 (1998).
  14. Dunn A.K., Bolay H., Moskowitz M.A. and Boas D.A. Dynamic imaging оf cerebral blood flow using laser speckle. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolizm 21,195-201 (2001).
  15. М.Р. van Albada and Lagendijk А. Observation оf weak localization оf light in arandom medium. Phys. Rev. Lett. 55, 2692-2695 (1985).
  16. Wolf P. and Maret С. Weak localization and coherent backscattering оf photons in disordered media. Phys. Rev. Lett. 55, 2696-2699 (1985).
  17. Akkermans E., Wolf P.E., Maynard R., and Маret С. Theoretical study of the coherent backscattering of light by disordered media. J. Phys. France 49, 77-98 (1998).
  18. Stephen M.J. Temporal fluctuations in wave propagation in random media. Phys. Rev. В 37, 1-5 (1988).
  19. MacKintosh F.C. and John S. Diffusing-wave spectroscopy and multiple scattering оf light in correlated random media. Phys. Rev. B 40, 2382-2406 (1989).
  20. John S. and Stephen M. Wave propagation and localization in a long-range correlated random potential. Phys. Rev. B 28, 6358-6369 (1983).
  21. Ackerson B.J., Dougherty R.L., Reguigui N.M. and Nobbman U. Correlation transfer: application of radiative transfer solution methods to photon correlation problems. J. Thermophys. And Heat Trans. 6, 577-588 (1992).
  22. MacKintosh F.C., Zhu J.X., Pine D.J. and Weitz D.A. Polarization memory of multiply scattered light. Phys. Rev. B 40, 9342-9345 (1989).
  23. Bicout Р., Brosseau C., Martinez A.S. and Schmitt J.M. Depolarization оf multiply scattering waves by spherical diffusers: influence оf size parameter. Phys. Rev. E 49, 1767-1770 (1994).
  24. Zimnyakov D.A. and Tuchin V.V. About interrelations оf distinctive scales оf depolarization and decorrelation of optical fields т multiple scattering. JETP Letters 67, 455-460 (1998).
  25. Zimnyakov D.A. On some manifestations оf similarity in multiple scattering of coherent light. Waves in Random Media 10, 417-434 (2000).
  26. Zimnyakov D.A., Zakharov P.V., Trifonov V.A. and Chanilov O.I. Study оf interface evolution in porous media with the use оf dynamic light scattering. JETP Letters 74,237-243 (2001).
  27. Lemieux P.-A., Vera M.U. and Durian D.J. Diffusing-light spectroscopies beyond the diffusion limit: The role оf ballistic transport and anisotropic scattering. Phys. Rev. E 57, 4498-4515 (1998).
  28. Shaw T.M. Drying as an immiscible displacement process with fluid counterflow. Phys. Rev. Lett. 59, 1671-1674 (1987).
  29. Pietronero L., Tosatti E.Eds. Fractals in Physics, North-Holland, Amsterdam (1986).
  30. Feder J. Fractals, Plenum Press, New York (1988).
  31. Sobol E., Sviridov A.,Omel’chenko А., Bagratashvili V, Kitai M., Harding E., Jones N., Jumel K., Mertig M., Pompe W., Ovchinnikov Y., Shekhter A. and Svistuchkin V. Laser reshaping оf cartilage. Biotech Genetic Eng Rev. 17, 553-577 (2000).
  32. Wong J.F., Milner T.E., Kim H.H., Nelson J.S. and Sobol E.N. Stress relaxation of porcine septal cartilage during Nd:YAG (1.32(m) laser irradiation: mechanical, optical, and thermal responses. Journal оf Biomedical Optics 3, 409-414, (1998).
  33. Sobol E., Sviridov А., Omel’ chenko А., Bagratashvili V., Bagratashvili М. and Popov V. Mechanism of laser-induced stress relaxation in cartilage. Proc. SPIE 2975, 310-315 (1997).
  34. Wall M.S., Deng X.-H., Torzilli P.A., Doly S.B., O’Brien S.J. and Warren R.F. Thermal modification оf collagen. J. Shoulder Elbow Surg., 8, 339-344 (1999).
  35. Bagratashvili V., Bagratashvili N., Sviridov А., Sobol E., Omel’chenko А., Tsypina S., Gapontsev V., Samartsev I., Feldchtein Е. and Kurano R. Kinetics оf water transfer and stress relaxation in cartilage heated with 1.56 mm fiber laser. Proc.SPIE 3914, 102-107 (2000).
  36. Hale G.M. and Querry M.R. Optical constants оf water in the 200 nm to 200 mm wavelength region. Applied Optics 12, 555-563 (1973).
  37. Wong B.J., Milner T.E., Harrington A., Ro J., Dao X., Sobol E.N. and Nelson J.S. Feedback-controlled laser-mediated cartilage reshaping. Arch. Facial Plast. Surg., 1, 282-287 (1999).
  38. Maitland D.J. and Walsh J.T. Quantitative measurements of linear birefringence during heating of native collagen. Lasers in Surgery and Medicine, 20, 310-318 (1997).
  39. Sobol E.N., Bagratashvili V.N., Sviridov A.P., Omel’ chenko A.L, Ovchinnikov Yu.M., Shekhter A.B. and Helidonis Е . Cartilage shaping under laser radiation. Proc. SPIE, 2128, 43-47 (1994).
  40. Sviridov A.P., Sobol E.N., Jones N. and Lowe J. Effect of Holmium laser radiation оn stress, temperature and structure in cartilage. Lasers in Medical Science, 13, 73-77 (1998).
  41. Jamieson A.M., Blackwell J., Reihanian H., Ohno H., Gupta R., Carrino D.A., Caplan A.L, Tang L.H. and Rosenberg L.C. Thermal and solvent stability оf proteoglycan aggregates by quasielastic laser light-scattering. Carbohydrate Research, 160, 329-341 (1987).
Поступила в редакцию: 
25.06.2002
Принята к публикации: 
05.08.2002
Опубликована онлайн: 
12.01.2024
Опубликована: 
30.09.2002
  • 161 просмотр