Laserdiffusjon

Laserdiffusjon er beskrivelsen av hvordan laserlys blir diffus når det passerer gjennom et turbid medium, som biologisk vev eller suspensjoner av små partikler. I slike medier blir lyset kontinuerlig spredt av mange små kollisjoner, og strålen mister sin opprinnelige retning og koherensegenskaper. Samtidig foregår absorpsjon som demper intensiteten. Resultatet er en mer jevn og gradvis avtagende intensitetsfordeling av lyset i og utenfor mediet.

Fysisk blir spredningen ofte beskrevet med diffusjonsligningen, en forenkling av radiativ transport som gjelder når spredning er dominerende og mange spredninger har skjedd. Viktige parametere er absorpsjonskoeffisient μa, spredningskoeffisient μs og anisotropi g. Den reduserte spredningen μ′s = μs(1−g) og diffusjonkoeffisienten D = 1/[3(μa+μ′s)]. Diffusjonlengden δ = sqrt(D/μa) og transportlengden ltr = 1/μ′s. Begge brukes til å beskrive hvor dypt lyset trenger inn.

Laserdiffusjon har bred anvendelse i medisinsk og vitenskapelig optikk. Diffusjonsbasert optisk tomografi (DOT) og nær-infrarøde målinger (NIRS) bruker diffusjonsmodellen til å estimere vevets oksygenering, blodvolum og struktur basert på målte diffust spredt lys. I industriell kontekst brukes lignende prinsipper for å karakterisere turbiditet i væsker og pulver, eller for å overvåke prosesser der partikkelspredning er viktig. Det overordnede målet er å trekke ut informasjon om sammensetning og geometriske egenskaper fra diffusert lys.

Begrensninger inkluderer at diffusjonsmodellen gjelder best når μs′ >> μa og når ltr og vevets tykkelse gir flere spredninger. Nære kilden og ved grenseflater krever mer detaljerte modeller. Ulikheter i vevets sammensetning, heterogenitet og anisotropi kan gjøre inverse beregninger utfordrende, og løsningene er ofte ill-posed uten passende regularisering.