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Computersimulation der Lichtstreuung in einer trüben Flüssigkeit

Küvette, von verschiedenen Seiten betrachtet

Parameter der Simulation:

Parameter	Wert	Bemerkung

Brechungsindex der Flüssigkeit	1.33	Wasser
Brechungsindex der Partikel	1.60	Latex (genauer Wert 1.59)
Brechungsindex Glas	1.51	Schott BK7

Wellenlänge	0.6328 µm	Helium-Neon Laser
Stokesparameter des einfallenden Lichts	(1,1,0,0)	100% linear polarisiert; Polarisationsrichtung senkrecht zur Symmetrieachse der Küvette

Partikelradius	0.4 µm	Mie-Streuung, starke Vorwärtsstreuung
Volumenkonzentration der Partikel	2 x 10^-5	Einfachstreuung und Mehrfachstreuung sichtbar

Innendurchmesser der Küvette	20.00 mm
Innenhöhe der Küvette	6.00 mm
Glasdicke	2.00 mm

Zahl der Strahlen	8 x 10⁹	Rechenzeit mehrere Tage

Halber Öffnungswinkel	2.5°
Auflösung	256 x 256 Pixel
Abgebildeter Bereich	28 mm x 28 mm

Methode

Eine große Anzahl von Modellphotonen ("Strahlen") werden mithilfe von Monte-Carlo-Strahlungstransport von der Strahlungsquelle bis zu dem Punkt verfolgt, an dem sie die Küvette verlassen. Die Koordinaten dieses Punktes werden auf die Beobachtungsebene projeziert und definieren das Pixel, in dem die Energie des Modellphotons registriert wird. Für die Bildberechnung werden nur die Photonen berücksichtigt, deren Richtung maximal 2.5° von der Normalen der Beobachtungsebene abweicht.

Durchführung

Für die Ausführung der Rechnung wurde ein einfaches, selbstentwickeltes Monte-Carlo-Strahlungstransport Programm verwendet, das die Polarisation des Lichts (Stokesvektorformalismus) voll berücksichtigt. Wegen der einfachen Geometrie arbeitet das Programm sehr schnell. Trotzdem waren mehrere Tage Rechenzeit nötig um die Ergebnisse zu erhalten. Mehrere Bilder können gleichzeitig berechnet werden. Die verwendete Methode eignet sich also zur Erstellung von animierten Bildsequenzen.

Ergebnisse