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FDTD 法を用いた3次元散乱体の光伝搬解析精度の検討

机译:基于FDTD方法的三维散射体光传播分析精度研究

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摘要

Numerical accuracy in finite difference time domain (FDTD) analysis in three-dimensional(3-D) optical scattering medium is described. Power of an isotropic point source located at 1/ μ_s ' below the surface is assigned to the Yee grid points at the bodi ends. When source power is assigned to a Yee grid point of k=1 in z ordinate, one fourth of the power is re-assigned to the surface grid point. 3-D homogeneous scattering medium was discretized into 0.5~3(mm~3) grids and backscattered power and time-resolve reflectance have been calculated by the FDTD analysis. The numerical results agree with the analytical solutions quite well, which justifies the FDTD analysis. Then, FDTD analysis to an adult head including non-scattering regions was applied, and the validity is verified.%積分型光拡散方程式に新境界条件を適用したFDTD 法を用いた点波源励起3次元散乱体の光伝搬解析 精度を述べている.等価散乱係数μ_s'は連続な値をとるため,波源の散乱点z_0=1/μ_s'は一般的にはYee 格子間に配置されるので,Z_0 に隣接するYee 格子の距離に反比例した波源の按分を行う.但し,Yee 格子座標た=1に按分された波源は,その1/4をk=1/4のYee 格子に再按分する.その結果,μ_s′=1~3mm~(-1)の範囲で100×120×40m~3の散乱体を△z=0.5mm で離散化したFDTD 定常解と解析解との誤差は6%以内に収まった.△z=0.5mm の後方散乱光パルス波形の相対振幅誤差も波形立ち上がり部を除けば,光パワと同等な解析精度が得られた.△z=1.0mm に拡大してもμ_s’=1~2.5mm(-1)の範囲で△z=0.5mm と同等の解析精度が実現されている.この解析法を,非散乱体を含むヒ ト頭部光パルス伝搬解析に適用したところ平均遅延時間は実測値と良く一致した.
机译:描述了三维(3-D)光散射介质在时域有限差分时域(FDTD)分析中的数值精度,将位于表面以下1 /μs'处的各向同性点源的功率分配给表面上的Yee网格点。当向z坐标的k = 1的Yee网格点分配源功率时,将四分之一的功率重新分配给表面网格点.3-D均匀散射介质离散为0.5〜3(mm 〜3)通过FDTD分析计算出网格,后向散射功率和时间分辨反射率,数值结果与解析解非常吻合,证明了FDTD分析的正确性,然后,对包括非散射区域的成年头部进行FDTD分析本文描述了使用FDTD方法对点源激发的三维散射体进行光传播分析的准确性,该方法将新的边界条件应用于积分光扩散方程。由于等效散射系数μ_s'取连续值,因此波源的散射点z_0 = 1 /μ_s'通常位于Yee晶格之间,因此与Z_0相邻的Yee晶格的距离成反比的波源的波长为分摊。但是,对于分配给Yee网格坐标= 1的波源,将其1/4分配给k = 1/4 Yee网格。结果,当100×120×40 m〜3的散射体在μ_s'= 1-3 mm〜(-1)的范围内以△z = 0.5 mm离散时,FDTD稳态溶液与解析溶液之间的误差为6%。它适合。关于Δz= 0.5mm的反向散射光脉冲波形的相对振幅误差,除了波形上升部分以外,获得了与光功率相当的分析精度。即使扩展到Δz= 1.0 mm,在μ_s'= 1到2.5 mm(-1)的范围内也可以获得与Δz= 0.5 mm等效的分析精度。当将该分析方法应用于包括非散射体的人头光脉冲传播分析时,平均延迟时间与测量值非常吻合。

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