超短激光脉冲被球形粒子多次散射的瞬态建模
计算物理
2022-03-14 v1 光学
摘要
通过蒙特卡洛模拟研究了超短激光脉冲在浑浊色散介质(即水中的气泡云)中的多次散射。利用Gouesbet和Gréhan的理论[Part. Part. Syst. Charact. 17 213-224 (2000)]推导散射瞬态的能量模型。将脉冲的展宽与消光同散射瞬态解耦,以分别描述各现象。散射瞬态采用洛伦兹-米氏理论建模,因而也适用于相对折射率小于1的情况,这与在临界角附近不收敛的德拜级数展开不同。为此,散射脉冲响应函数(SIRF)可按时域与方向检测散射瞬态的不同模式。本方法更具通用性,可模拟水中空气气泡云。提出了两种蒙特卡洛方法:第一种为纯蒙特卡洛方法,其中每次事件的散射延迟随机抽取;第二种基于整个散射信号的传输。二者均嵌入蒙特卡洛代码Scatter3D[JOSA A 24, 2206-2219 (2007)]中。两种模型产生一致的趋势,并与已发表的数值结果吻合。它们被应用于水中气泡云对超短脉冲的前向多次散射。计算了由水中传播引起的脉冲展宽在广泛传播距离与脉冲时长下的情况,并给出了在给定距离处最小化脉冲展宽的最优脉冲时长。主要结果是散射光子比弹道光子更早逸出浑浊介质,并产生与气泡内折射相关的双峰,这表明了开发表征动态含气泡流新诊断方法的可能性。
引用
@article{arxiv.2105.05466,
title = {Modeling multiple scattering transient of an ultrashort laser pulse by spherical particles},
author = {Geoffroy Chaussonnet and Loïc Mees and Miloš Šormaz and Patrick Jenny and Philippe M. Bardet},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.05466},
year = {2022}
}
备注
30 pages, 19 Figures