Coherent Umklapp Scattering of Light from Disordered Photonic Crystals

A theoretical study of the coherent light scattering from disordered photonic crystal is presented. In addition to the conventional enhancement of the reflected light intensity into the backscattering direction, the so called coherent backscattering (CBS), the periodic modulation of the dielectric function in photonic crystals gives rise to a qualitatively new effect: enhancement of the reflected light intensity in directions different from the backscattering direction. These additional coherent scattering processes, dubbed here {\em umklapp scattering} (CUS), result in peaks, which are most pronounced when the incident light beam enters the sample at an angle close to the the Bragg angle. Assuming that the dielectric function modulation is weak, we study the shape of the CUS peaks for different relative lengths of the modulation-induced Bragg attenuation compared to disorder-induced mean free path. We show that when the Bragg length increases, then the CBS peak assumes its conventional shape, whereas the CUS peak rapidly diminishes in amplitude. We also study the suppression of the CUS peak upon the departure of the incident beam from Bragg resonance: we found that the diminishing of the CUS intensity is accompanied by substantial broadening. In addition, the peak becomes asymmetric.Comment: LaTeX, 8 two-column pages, 6 figures include

Coherent Backscattering of light in a magnetic field

This paper describes how coherent backscattering is altered by an external magnetic field. In the theory presented, magneto-optical effects occur inside Mie scatterers embedded in a non-magnetic medium. Unlike previous theories based on point-like scatterers, the decrease of coherent backscattering is obtained in leading order of the magnetic field using rigorous Mie theory. This decrease is strongly enhanced in the proximity of resonances, which cause the path length of the wave inside a scatterer to be increased. Also presented is a novel analysis of the shape of the backscattering cone in a magnetic field.Comment: 27 pages, 5 figures, Revtex, to appear in Phys. Rev.

Writhing Photons and Berry Phases in Diffusive Wave Scattering

We study theoretically the polarization state of light in multiple scattering media in the limit of weak gradients in refractive index. Linearly polarized photons are randomly rotated due to the Berry phase associated with the scattering path. For circularly polarized light independent speckle patterns are found for the two helical states. The statistics of the geometric phase is related to the writhe distribution of semiflexible polymers such as DNA.Comment: 4 pages, 1 figur

Narrow-band UVB phototherapy in patients with atopic dermatitis: analysis of the factors determining treatment efficacy

Background. Efficacy the narrow-band UVB phototherapy in patients with atopic dermatitis varies greatly. An important condition for achieving optimal therapeutic effect is the identification of factors that can impact on the efficacy of therapy and considering their influence when prescribing treatment. Aims. The present study aimed to identify the factors which affect the efficacy of narrow-band phototherapy in patients with atopic dermatitis Methods. A prospective, open-label trial was conducted to evaluate the efficacy and safety of narrow-band UVB phototherapy for patients with moderate-to-severe atopic dermatitis. All patients were treated with narrow-band UVB phototherapy four times weekly for 5 weeks. Disease severity was evaluated by SCORing of the Atopic Dermatitis Index (SCORAD) and Eczema Area and Severity Index (EASI). Distribution of patients by the severity of therapeutic effect was evaluated. To compare the efficacy of therapy depending on initial atopic dermatitis severity, initial and cumulative irradiation doses, skin phototype, and smoking status patients were divided into subgroups. Results. 40 patients with moderate-to-severe atopic dermatitis received course of narrow-band UVB phototherapy. After NB-UVB therapy SCORAD and EASI scores reduced from 45.6 ± 11.4 at baseline to 22.6 ± 12.4 (p 0,05) and from 14.4 ± 7.2 at baseline to 4.1 ± 3.9 (p 0,05) respectively demonstrating the efficacy of narrow-band UVB phototherapy in patients with atopic dermatitis. Our investigation showed that tobacco smokers had definitely lower efficacy of NB-UVB phototherapy in comparison with non-smokers. Narrow-band UVB phototherapy had definitely higher efficacy when it is started with an initial dose 0.2–0.3 J/cm2 chosen in compliance with results of MED determing in comparison with an initial dose 0.05–0.15 J/cm2 selected according to skin phototype. Conclusions. Factors that impact on the efficacy of narrow-band UVB phototherapy in patients with atopic dermatitis were identified. It was determined that using higher initial dose is associated with higher efficacy of therapy. The obtained data suggest the opportunity of decrease in efficacy of therapy in smokers with atopic dermatitis

Лазерный дистанционный метод обнаружения выбросов монооксида углерода

Monitoring of atmospheric gas pollution is one of the most important environmental target. Laser methods are the most effective for remote operational monitoring of atmospheric pollution.One of the most important air pollutants is carbon monoxide.The article analyzes the possibility of laser remote sensing method of carbon monoxide emissions detection in atmosphere.The information parameter measured by the remote sensing laser gas analyzer was assessed for absorption band of carbon monoxide near 2,3 μm.The information parameter that can be used for monitoring monoxide emissions is the ratio of the power of laser signals at the wavelengths 4295 cm-1 and 4370 cm-1.Results of calculations of the information parameter for different sizes of emissions (from 1 m to 100 m) and different content of carbon monoxide in the emission (from 0.01 % to 10 %) were showed.Comparing the information parameter R with its background value shows that carbon monoxide emissions can be monitored.Mathematical modeling was performed for quantitative estimation the reliability of detecting carbon monoxide emissions.The probability of correctly emission detecting (emission detecting when there is one) and the probability of false alarms (emission detecting when there is none) were calculated.Mathematical modelling shows that a laser gas analyzer allows us to detect the carbon monoxide emissions with correct detection probability not less 0,845 and false alarm probability no more 0,243 for carbon monoxide emissions with gas concentration not less  0,1 %  and dimension of emissions cloud not less 10 m. For carbon monoxide emissions with gas concentration not less 1 % and dimension of emissions cloud not less 5 m a laser gas analyzer allows us to detect the carbon monoxide emissions with correct detection probability not less  0,999 and false alarm probability no more 0,001.Мониторинг газовых загрязнений атмосферы является одной их наиболее важных экологических задач. Наиболее эффективными для дистанционного оперативного мониторинга загрязнений атмосферы являются лазерные методы.Одним из наиболее приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха является монооксид углерода.В статье проведен анализ возможностей дистанционного лазерного абсорбционного метода обнаружения выбросов монооксида углерода в атмосфере.Приведена оценка информационного параметра, измеряемого дистанционным лазерным газоанализатором для полосы поглощения монооксида углерода около 2,3 мкм.Информационным параметром, который может быть использован для мониторинга выбросов монооксида углерода, является отношение мощностей лазерных сигналов на длинах волн 4295 см–1 и 4370 см–1.Приведены результаты расчетов информационного параметра при разных размерах выброса (от 1 м до 100 м) и разном содержании в выбросе монооксида углерода (от 0,01 % до 10 %).Сравнение информационного параметра R с его фоновым значением показывает возможность мониторинга выбросов монооксида углерода.Для количественной оценки надежности обнаружения выбросов монооксида углерода было проведено математическое моделирование. Проводилось вычисление  вероятности правильного обнаружения выброса (обнаружение выброса, когда он есть) и вероятности ложных тревог (обнаружение выброса, когда его нет).Математическое моделирование показывает, что лазерный газоанализатор позволяет с вероятностью правильного обнаружения не менее 0,845 и вероятностью ложных тревог не более 0,234 проводить обнаружение выбросов монооксида углерода при содержании в выбросе СО не менее 0,1 % и размерах облака выбросов более 10 м. При содержании в выбросе СО не менее 1 % и размерах облака выбросов более 5 м лазерный газоанализатор позволяет проводить обнаружение выбросов монооксида углерода с вероятностью правильного обнаружения не менее 0,999 и вероятностью ложных тревог не более 0,001

Pain development and analgesia in athletes with ankle joints and ligaments injury

The pain feeling in athletes results from nociceptive and antinociceptive systems activity. Mostly pain follows injuries. Ankle joints and ligaments injury is one of the most often trauma. Pain intensity directly depends on the number of injured structures and the degree of the injury. Besides that pain intensity depends upon various factors such as gender and age. The history of injuries can increase the risk of repeated injuries and pain may become chronic. Psycho-emotional experiences during the competition can lead to pain without physical injuries. Anesthesia is important aspect in athletes’ life and it must be effective. Not all currently available medication are approved by the World Anti-Doping Agency. Every year “WADA Prohibited List” is reviewed and every athlete must follow it. The permitted and most effective methods of pain relief for joints and ligaments injury are cooling aerosols, non-steroidal anti-infl ammatory drugs and kinesio taping. Each of these methods has its own characteristics

Weak localization of light by cold atoms: the impact of quantum internal structure

Since the work of Anderson on localization, interference effects for the propagation of a wave in the presence of disorder have been extensively studied, as exemplified in coherent backscattering (CBS) of light. In the multiple scattering of light by a disordered sample of thermal atoms, interference effects are usually washed out by the fast atomic motion. This is no longer true for cold atoms where CBS has recently been observed. However, the internal structure of the atoms strongly influences the interference properties. In this paper, we consider light scattering by an atomic dipole transition with arbitrary degeneracy and study its impact on coherent backscattering. We show that the interference contrast is strongly reduced. Assuming a uniform statistical distribution over internal degrees of freedom, we compute analytically the single and double scattering contributions to the intensity in the weak localization regime. The so-called ladder and crossed diagrams are generalized to the case of atoms and permit to calculate enhancement factors and backscattering intensity profiles for polarized light and any closed atomic dipole transition.Comment: 22 pages Revtex, 9 figures, to appear in PR

Анализ влияния оптического состояния атмосферы на дальность зондирования ветрового лидара

One of the most important questions for correlation lidars is the sounding range question.Correlation lidar sounding range greatly depends not only on the parameters of the equipment, but also on the optical state of the earth's atmosphere.In addition, there are currently two approaches to the estimation of lidar sounding range. In one approach, an estimate of the sounding range is obtained by equating the detector threshold power to the laser signal power recorded by the detector. In another approach, an estimate of the sounding range is obtained by equating the minimum detectable energy of the detected laser signal energy.This paper is about impact research of the atmosphere optical state on wind correlation lidar sounding range and compare sounding range estimates obtained under the two different approaches to the energy calculation lidar.The analysis is carried out for the surface layer of the atmosphere, the horizontal sounding path and the radiation wavelength of 0.532 μm. In atmospheric haze conditions, an empirical formula is used for the attenuation factor. The signal-to-noise ratio is assumed to be 100.Solid-state Nd:YAG Ekspla lasers NL319 (lamp pumping, pulse energy 5 J) and NL231-100 (diode pumping, pulse energy 90 mJ) were chosen as radiation sources.Hamamatsu photomultiplier tube R5070A with radiant sensitivity ~ 50 mA/W was chosen as a detector.It is shown that in a wide optical state range (meteorological range of visibility from 20 to 2 km) the lamp-pumped laser source sounding range with pulse energy 5 J varies from ~ 3,8 km to ~ 1,2 km and the diode-pumped laser source sounding range with pulse energy 90 mJ varies from ~ 1,1 km to ~ 0,64 km.The approach based on comparison of the detector threshold power with the received laser signal power overestimates the sounding range due to incomplete influencing consideration factors.Одним из наиболее важных вопросов для корреляционных лидаров является вопрос о дальности зондирования.Дальность зондирования корреляционного лидара существенно зависит не только от параметров аппаратуры, но и от оптического состояния земной атмосферы.Кроме того, в настоящее время существуют два подхода к оценке дальности зондирования лидаров. В рамках одного подхода оценку дальности зондирования получают, приравнивая пороговую мощность приемника к мощности лазерного сигнала, регистрируемого приемником. В рамках другого подхода оценку дальности зондирования получают, приравнивая минимально обнаруживаемую энергию приемника к энергии регистрируемого лазерного сигнала.Данная статья посвящена исследованию влияния оптического состояния атмосферы на дальность зондирования ветрового корреляционного лидара и сравнению оценок дальности зондирования, полученных в рамках двух разных подходов к энергетическому расчету лидара.Анализ проводится для приземного слоя атмосферы, горизонтальной трассы зондирования  и длины волны излучения 0,532 мкм. В условиях атмосферной дымки используется эмпирическая формула для показателя ослабления. Отношение сигнал/шум принимается равным 100.В качестве источников излучения были выбраны твердотельные Nd:YAG лазеры фирмы Ekspla NL319 (ламповая накачка, энергия в импульсе 5 Дж) и NL231-100 (диодная накачка, энергия в импульсе 90 мДж).В качестве фотодетектора был выбран фотоэлектронный умножитель R5070A фирмы Hamamatsu со спектральной чувствительностью ~ 50 мА/Вт.Показано, что в широком диапазоне оптического состояния приземного слоя атмосферы (метеорологическая дальность видимости меняется от 20 до 2 км) дальность зондирования для лазерного источника с ламповой накачкой и энергией в импульсе 5 Дж изменяется в диапазоне от ~ 3,8 км до ~ 1,2 км, а для лазерного источника с диодной накачкой и энергией в импульсе 90 мДж изменяется в диапазоне от ~ 1,1 км до ~ 0,64 км.Подход, основанный на сравнении пороговой мощности приемника с принимаемой мощности лазерного сигнала, дает завышенную оценку дальности зондирования за счет неполного учета всех влияющих факторов

Натурные измерения статистических характеристик атмосферных аэрозольных неоднородностей в оптическом диапазоне

Now, nearly all aerosol lidars measure the average properties of the atmosphere. However, almost a lack of statistical properties of atmospheric aerosol inhomogeneity described in publications of science and technology is of scientific and practical interest.This work concerns the field measurements of statistical properties of atmospheric aerosol inhomogeneity in visible (at the wavelength of 0.532μm) spectral band. Such a task is of practical interest for remote control of the atmosphere.A created model of the laser measurement device enabled us to take field measurements of statistical properties of aerosol inhomogeneity of the atmosphere at the wavelength of 0.532μm. As a source of radiation, the model of the laser measurement device uses the yttrium - aluminum pomegranate laser activated by neodymium ions. A laser module for generation of the second harmonica allows receiving laser radiation wavelength of 0.532μm. To implement the reception lens of the laser measurement device is used Kassegren's scheme.The model of the laser measurement device uses the software developed in the environment of graphic programming NI LabVIEW.Operations performed in the processing block allow us to distinguish relative fluctuations of a volume factor of the back scattering from the recorded laser signal, which is back scattered by the atmosphere.The paper gives typical examples of laser measurements of an existentially distributed variation coefficient of the back scattering volume factor of the atmosphere. It presents results of data processing of field measurements: histograms and average values of a variation coefficient of the back scattering volume factor of the atmosphere.It is shown that the variation coefficient values of the back scattering volume factor of the atmosphere can be within the range of 0.5 - 14%. Histograms of a variation coefficient of the back scattering volume factor of the atmosphere undergo essential changes and can strongly differ even in similar weather conditions. Results of multi-day measurements show that an average value of the variation coefficient of the back scattering volume factor of the atmosphere is in the range 3 - 6%.В статье описан лазерный измеритель статистических характеристик атмосферных аэрозольных неоднородностей, работающий в видимом спектральном диапазоне на длине волны излучения 0,532 мкм. Приведены параметры блоков лазерного измерителя статистических характеристик атмосферных аэрозольных неоднородностей. Представлены примеры типичного пространственно-временного распределения и гистограмм коэффициента вариации объемного коэффициента обратного рассеяния атмосферы. Результаты многодневных измерений показывают, что коэффициент вариации объемного коэффициента обратного рассеяния атмосферы составляет величину ~ 3 - 6 % для длины волны 0,532 мкм. DOI: 10.7463/rdopt.0515.079320

Исследование характеристик аэрозольных неоднородностей в приземной слое атмосферы в ближнем УФ диапазоне

For today necessity of atmosphere wind remote sensing for wide pool of applications require development of new measurement methods and improvement of already existing.Currently doppler methods for wind speed measuring have largest sensing range. Correlation-based methods are provide lower sensing range for wind speed measurement. However, doppler-based lidar are expensive in opposite to simply designed correlation lidars that additionally allows to measure wind profile along sensing direction.Development of wind correlation lidars required knowledge of atmosphere aerosol inhomogeneities parameters.The most experimental research till now in this area are related to visible spectral range.One of the perspective eye-safety spectral range for wind lidar is UV spectral region. There not so much experimental research works of aerosol inhomogeneities parameters in UV.This paper is related to field experiments of aerosol inhomogeneities parameters in planetary boundary layer on 0.355 um operating wavelength.Block diagram and parameters of lidar with 0.355 operating wavelength is shown. Process of experiments is described. Typical atmosphere backscattering echo-signal for single laser pulse is demonstrated.Procedures if lidar signals processing are described, example of two-dimensional field of relative fluctuations of volume backscattering coefficient for different atmosphere conditions is shown.Results of measurement data processing shown that in planetary boundary layer average contrast of aerosol inhomogeneities in most cases has values in range 0,4% – 10 % (in case of snow up to 25%), and size in range 1,5 – 20 m. Dependency of observation number of aerosol inhomogeneities by range z from lidar to backscattering volume is descending with 1/z manner that the same for dependency for signal-noise ratio SNR(z).На сегодняшний день необходимость дистанционного контроля атмосферного ветра для широкого круга прикладных задач требует разработки новых и совершенствования существующих дистанционных методов измерения ветра.В настоящее время наибольшей дальностью зондирования обладают доплеровские лазерные методы измерения скорости ветра. Корреляционные лазерные методы обеспечивают меньшую дальность измерения скорости ветра. Однако, они не только являются более простыми (и, соответственно, требующими менее дорогую аппаратуру), но и потенциально позволяют оперативно измерять профиль полного вектора скорости ветра по трассе зондирования.Разработка ветровых корреляционных лидаров требует данных о характеристиках аэрозольных неоднородностей атмосферы.На сегодняшний день большинство экспериментальных исследований в этой области посвящено измерениям в видимом спектральном диапазоне.Одним из перспективных безопасных для зрения спектральных диапазонов для ветровых лидаров является ультрафиолетовый (УФ) спектральный диапазон. Экспериментальных исследований характеристик аэрозольных неоднородностей атмосферы в УФ диапазоне очень мало.Статья посвящена натурным исследованиям характеристик аэрозольных неоднородностей атмосферы в приземной слое атмосферы на длине волны 0,355 мкм.Приведена структурная схема и параметры лазерного измерителя, работающего на длине волны 0,355 мкм. Описана схема проведения экспериментов. Показан типичный эхо-сигнал, обратно рассеянный атмосферой при лазерном зондировании на длине волны 0,355 мкм одиночным импульсом.Описаны процедуры обработки лидарных сигналов, приведены примеры двухмерных полей относительных флуктуаций объемного коэффициента обратного рассеяния для разных атмосферных условий.Результаты обработки данных измерений показывают, что в приземном слое атмосферы средний контраст аэрозольных неоднородностей в большинстве случаев находится в диапазоне значений от ~ 0,4 % до ~ 10 % (в случае небольшого снега до ~ 25 %), а размер аэрозольных неоднородностей атмосферы в подавляющем большинстве случаев находится в диапазоне от ~ 1,5 м до ~ 20 м. Зависимость количества наблюдений аэрозольных неоднородностей от расстояния z от рассеивающего объема атмосферы до лидара является убывающей ~ 1/z и коррелирует с аналогичной зависимостью отношения сигнал/шум от расстояния z