Специальная секция "Биофотоника" памяти Владимира Леонидовича Кузьмина

Оптимизированный метод Монте-Карло для моделирования распространения когерентного оптического излучения в рассеивающих средах с возможностью учета пространственно-временных характеристик электрического поля

А. Доронин^a, И. Владыко^a, Е. В. Васильева^a, И. В. Меглинский<sup>b

a</sup> School of Engineering and Computer Science, Victoria University of Wellington, Wellington, New Zealand
^b Aston Institute of Photonic Technologies, College of Engineering and Physical Sciences, Aston University, Birmingham, UK

Аннотация: Представлен новый оптимизированный алгоритм Монте-Карло с возможностью учета пространственно-временной динамики электрического поля, разработанный для максимально точного численного моделирования когерентных эффектов, возникающих при распространении поляризованного оптического излучения в рассеивающих средах. Метод основан на прямом расчете последовательных изменений электрического поля вдоль траекторий фотонов в рассеивающей среде, что позволяет учитывать интерференцию, фазовую задержку и вращение поляризации, возникающие при многократном рассеянии в оптически неоднородной среде. Разработанный алгоритм оптимизирован для энергоэффективных процессоров Apple серии M, используя преимущества унифицированной памяти и высокопроизводительного параллельного моделирования траекторий фотонов и эволюции электрического поля в реальном времени с низким энергопотреблением. Алгоритм интегрирован в разработанный ранее программный модуль с открытым доступом, поддерживающий моделирование распространения света как с временным, так и пространственно-поляризационным разрешением, что делает его особенно привлекательным для широкого круга исследований, включая, в частности, такие методы, как поляриметрия на основе матрицы Мюллера и интерференционно-избирательной визуализации с пространственно-временной фильтрацией сигнала. Сравнение с существующими численными методами моделирования показывает, что предложенный подход обеспечивает сопоставимую точность при существенном снижении времени расчета и энергопотребления. Разработанный метод открывает возможности физически обоснованного и эффективного моделирования распространения когерентного поляризованного лазерного излучения в сложных неупорядоченных средах, включая биоткани, с возможностью эффективного использования алгоритмов параллельного моделирования для повышения точности и вычислительной производительности.

Ключевые слова: поляризованный свет, когерентные эффекты, многократное рассеяние, Монте-Карло моделирование, электрическое поле, процессор Apple серии M, вычислительная производительность.

Поступила в редакцию: 07.06.2025
Исправленный вариант: 28.07.2025
Принята в печать: 25.11.2025

DOI: 10.21883/0000000000