1995 Fiscal Year Annual Research Report
フラクタル凝集構造における光子弱局在現象の解析と応用
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07832001
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| Research Category |
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
魚住 純 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (50184982)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 卓 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (40204036)
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| Keywords | フラクタル凝集体 / 光弱局在 / 後方散乱エンハンスメント / 光多重散乱 / フラクタル次元 / 次元計測 |
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| Research Abstract |
本年度は,フラクタル凝集構造における光弱局在現象について,2つの異なるモデルに基づく計算機シミュレーションと実験とを行った.
・計算機シミュレーション(1)
第1のモデルでは,はじめにフラクタル凝集クラスタを数値的に生成し,それに対して光線追跡的に散乱現象をシミュレートした.生成したフラクタルは,ワイエルシュトラス関数等を用いて発生させた1.2,1.5,および1.8次元の3種のフラクタル凝集構造である.光線追跡の結果,光弱局在によって生じる後方散乱ピークには明らかにフラクタル次元依存性があることが明らかとなった.また,散乱自由行程の分布や散乱回数の分布などについても検討した結果,一様媒質とは明らかに異なるフラクタル特有の振る舞いが明らかとなった.
・計算機シミュレーション(2)
第2のモデルでは,光子の自由行程を乱数によってその都度決定し,散乱プロセスにおいて粒子の位置を決定する方法でシミュレーションを行った.その際に必要となるフラクタル媒質中の光子の自由行程の確率密度関数には,今回初めて理論的に導出した関数を用いた.媒質としては,2次元以上3次元以下の媒質を仮定し,光の偏光も考慮に入れて解析を行った.その結果,このモデルにおいても,後方散乱ピークにはフラクタル次元に依存した特徴が明らかに見られた.すなわち,ピーク成分の散乱角度に対する変化を両対数プロットすると,曲線の傾きはフラクタル次元が低いほど小さくなる傾向を示した.
・実験
アクリル微粒子の水性懸濁液におけるクラスタ・クラスタ凝集現象によりフラクタル凝集体を生成し,レーザ光による後方散乱エンハンスメントの実験を行った.その結果,後方散乱ピークの非整数次のべき的振る舞いが再確認された.さらに,フラクタル凝集クラスタの大きさが異なる媒質の散乱実験から,後方散乱ピークの高さがクラスタの大きさに依存していることが示された.
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[Publications] A.Dogariu: "Evaluation of planar fractal images by optical autocorrelation" Journal of Modern Optics. 42. 1467-1483 (1995)
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[Publications] J.Uozumi: "Fraunhofer diffraction from apertures bounded by regular fractals" Journal of Modern Optics. 42. 2309-2322 (1995)
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[Publications] A.Dogariu: "Enhancement factor in the light backscattered by fractal aggregated media" Optical Review. 3. (1996)
