Laser Demet Profillerinin Saçıcı Ortamda İlerlemesinin Monte Carlo Yöntemi İle Benzetimi

Abstract

Monte Carlo yöntemi çeşitli fiziksel problemleri çözmek için kullanılmıştır. Bu yöntem optiğe uygulandığında bir ortam içinde ilerleyen fotonlar saçıldığında ya da emilime uğradığında gerçekleşen değişimlerin değerlendirilmesi esasına dayanır. Kullandığımız MC yöntemi ile farklı fiziksel özelliklere sahip ortam ve dokularda yansıma (reflection), geçirgenlik (transmission), emilim (absorption) ve akı (fluence) oranları hesaplanmıştır. Ayrıca hesaplanan bu fiziksel büyüklükler farklı demet profillerine göre yeniden değerlendirilmiştir. Özellikle Gauss ve Bessel profiline sahip demetlerin saçıcı ortamda ilerleyişleri karşılaştırılmıştır. Bessel demetlerinin kendini yenileme özelleikleri sayesinde daha derinlere nüfuz edebilecekleri gösterilmiştir. Bu çalışma kapsamında MCML (Monte Carlo Modeling of Light) programının prensipleri ve uygulamaları ile ilgili gerekli ayrıntılar, sonlu Gauss ve Bessel demet profillerinin konvolüsyon hesabının gerçekleştirilmesi ile ilgili analitik ifadeler, bu demet profillerinin saçıcı ortamda ilerleyişinin etkisi ve bu hesaplamalar ile ilgili programlara ve algoritma detayları verilmiştir.

The Monte Carlo simulations are used for solving various physical problems. The Monte Carlo method involves recording photon histories as they propagate, and are scattered and absorbed in random media. The applications have so far neglected anisotropy and internal light reflection. The Monte Carlo model used allows calculation of reflection, transmission, absorption and fluence rates of light travelling in tissue. Additionally, calculated physical quantities were re-evaluated as a function of beam profiles. Beams with Gauss and Bessel profiles were studied as they propagated in scattering medium. Because of self-healing property of Bessel beams, it was shown that such beams can penetrate deeper. This work provides details necessary for implementation of a Monte Carlo program to simulate Gauss and Bessel beam propagation. Analytic expressions facilitating convolution for finite Bessel and Gauss beams and the effect of such beams as they are propagating in scattering medium; algorithm and programming details were given.