Новый взгляд на основы фотометрической теории переноса и рассеяния света.Часть 1: Одномерные задачи идеального рассеяния

В большинстве практических задач существуют сложности с получением в замкнутом виде строгого аналитического решения классического уравнения переноса излучения в общей теории переноса и рассеяния света, которая широко используется в настоящее время в биомедицинской оптике, оптике океана, оптике атмосферы и т. д. По мнению авторов настоящей статьи, некоторые проблемы являются следствием не вполне точной математической формулировки основных физических процессов при рассеянии света в мутных средах. Для более детального изучения здесь уделено внимание описанию и анализу фотометрической теории переноса, исходя из первых феноменологических принципов. Показано, что такой подход помогает разобраться в проблеме в деталях, а также получить некоторые новые, точные и неожиданные результаты. В качестве начального шага детально разобраны и проанализированы одномерные задачи (1D) для случая идеального рассеяния без поглощения. Все основные типовые 1D задачи обсуждены и решены на основе различных подходов. Это позволяет доказать, что коэффициент рассеяния является не столько оптическим свойством мутной среды, сколько параметром математического описания задачи. В общем случае он зависит как от оптико-физических свойств среды, так и от выбранного математического подхода к описанию проблемы. Поэтому при разных приближениях он может видоизменяться, что является источником ошибок при вычислениях

Литература

[1] Stratton J.A. Electromagnetic theory. New York: McGraw-Hill, 1941. 573 p.

[2] Исакович М.А. Рассеяние волн от статически-шероховатой поверхности // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1952. Т. 23. Вып. 3. С. 305--314.

[3] Beckmann A., Spizzichino P. The scattering of electromagnetic waves from rough surfaces. New York: Pergamon Press, 1963. 503 p.

[4] Newton R.G. Scattering theory of waves and particles. New York: McGraw-Hill, 1966. 699 p.

[5] Ishimaru A. Wave propagation and scattering in random media. New York--London: Academic Press, 1978. 272 p.

[6] Kokhanovsky A. Light scattering media optics. Problems and solutions. Chichester: Praxis Publishing Ltd., 2004. 320 p.

[7] Соболев В.В. Перенос лучистой энергии в атмосферах звёзд и планет. М.: Гос. изд-во технико-теоретической лит-ры. 353 с.

[8] Sobolev V.V. Light scattering in planetary atmospheres. New York: Pergamon Press, 1975. 274 p.

[9] Kubelka P., Munk F. A contribution to the optics of pigments // Zeitung von Technologie und Physik. 1931. No. 12. P. 593–599.

[10] Елисеев В.Н., Товстоног В.А. Теплообмен и тепловые испытания материалов и конструкций аэрокосмической техники при радиационном нагреве. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 49 с.

[11] Mudgett P.S., Richards L.W. Multiple scattering calculations for technology // Applied Optics. 1971. Vol. 10. No. 7. P. 1485–1502. DOI: 10.1364/AO.10.001485

[12] Yudovsky D., Pilon L. Simple and accurate expressions for diffuse reflectance of semi-infinite and two-layer absorbing and scattering media // Applied Optics. 2009. Vol. 48. No. 35. P. 6670–6683. DOI: 10.1364/AO.48.006670

[13] Handapangoda C.C., Pathirana P.N., Premaratne M. Eigen decomposition solution to the one-dimensional time-dependent photon transport equation // Optics Express. 2011. Vol. 19. No. 14. P. 2922–2927. DOI: 10.1364/OE.19.002922

[14] Selden A.C. Accurate radiative transfer calculations for layered media // J. Opt. Soc. of Am. A. 2016. Vol. 33. No. 7. P. 1409–1414. DOI:10.1364/JOSAA.33.001409

[15] Dmitriev M.A., Fedukova M.V., Rogatkin D.A. On one simple backscattering task of the general light scattering theory // Proc. SPIE. 2004. Vol. 5475. P. 115–122. DOI: 10.1117/12.568557

[16] Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 1. М.: Наука, 1976. 491 c.