了解光如何穿过各种材料对于从医学成像到制造业等许多领域都至关重要。然而，由于材料的结构，它们散射光的方式往往存在方向差异，这被称为各向异性。这种复杂性传统上使得准确测量和模拟它们的光学特性变得困难。最近，研究人员开发了一种新技术，可以改变我们研究这些材料的方式。
在最近发表在《Advanced Photonics Nexus》上的一项研究中，欧洲非线性光谱实验室 (LENS) 的科学家介绍了一种研究各向异性材料的创新方法。他们将时域透射率测量与先进的蒙特卡罗模拟相结合，以捕捉光在这些材料中行为的全部复杂性。
研究人员在两种常见的各向异性材料上测试了他们的方法：特氟龙胶带和纸张。特氟龙胶带在工业环境中广泛使用，而纸张则具有由定向纤维素纤维形成的各向异性结构，因此被选中是因为它们具有实际意义。
研究人员利用瞬态成像技术测量了材料暴露于超短脉冲光时光图案随时间的变化情况。这些数据与一种新的各向异性感知模拟方法相结合，揭示了光在这些材料内沿不同方向散射的不同细节。
研究发现两种材料不同方向上的光扩散存在显著差异，这使得研究人员首次能够检索它们的完整散射张量系数。这种详细程度以前从未达到过，结果与高级模拟的预测相符。研究结果强调了在材料研究中考虑各向异性的重要性，因为忽略它会导致重大错误。
这项研究的首席研究员、意大利国家计量研究院 (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica; INRiM) 的 Lorenzo Pattelli 博士强调了处理传输各向异性的长期挑战。
“几乎所有散射材料都表现出某种形式的各向异性。然而，许多研究都忽略了这一点，为了简单起见，假设材料是各向同性的，”他观察到，并补充道，“由于这种过度简化，我们现在知道，由于各向同性建模引入的系统误差，以前报告的结构各向异性介质中的散射系数可能在定量上不准确。”
新方法提供了一种更准确的方法来表征具有复杂结构的材料，例如生物组织。这一进步可能会改善依赖光散射的诊断技术，使医学成像和材料科学等领域受益。
通过这种方法，研究人员可以更好地理解和分析各向异性材料的光学特性，为各个科学和工业领域更精确的应用照亮道路。