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

Дистанционный метод обнаружения нефтяных загрязнений, основанный на зондировании морской поверхности двумя лазерными пучками

Oil and oil product pollution are more quickly detected by remote methods, which allow us to inspect the vast surface of the water (sea, lake, and river basins) for a relatively short period of time. Remote sensing methods have (except for immediacy of measurements) another important advantage as well. They allow us to detect oil pollution at the stage of slicks (a film on the surface of the water), i.e., soon after the spill. At this stage, cleanup of oil spills can be produced cost-effectively.One of the most promising remote methods to control basins to detect oil slicks on the water surface is the photometric method, based on the active laser ranging of the water surface and recording the extent of the reflected radiation.The method, based on the active laser ranging of the water surface allows us to detect the sea surface oil pollution by a high intensity of the reflected radiation. However, it has a drawback - it can identify, as the "oil pollution", also the areas of the sea surface with no oil film, since the area of reflected radiation of high intensity can be also an area with smoothed wind waves or a high reflectivity area.The brightness contrast of the reflected radiation from the clean sea surface and water surface covered with a film of oil is caused by two reasons: the oil film has other reflectivity than the air-water surface, and the oil film smoothes the wave of the sea surface. Therefore, control of only one parameter - the intensity of the reflected radiation (which takes into account both effects all around) cannot ensure high reliability of oil pollution detection.The paper studies the capabilities of laser remote photometric method that allows us to control two parameters recorded at active ranging of the water surface by two laser beams. It is shown that sharing the values of these two parameters provides the possibility to control two effects simultaneously - smoothing of wind waves and changing the reflection coefficient of the sea surface. This allows a high degree of confidence (even if there will be a large noise receiving) to decide if there is oil pollution on the sea surface, and to distinguish the oil pollution areas on the sea surface from the areas with smoothed wind waves or areas with high reflection coefficient.Статья посвящена исследованию лазерного фотометрического метода контроля нефтяных загрязнений на взволнованной морской поверхности, основанного на зондировании морской поверхности двумя оптическими пучками - вертикально вниз и под углом вдоль (или поперек) линии движения авиационного носителя. Показано, что использование двухлучевого лазерного фотометрического метода зондирования взволнованной морской поверхности позволяет с высокой достоверностью обнаруживать нефтяные загрязнения на морской поверхности и отличать их от областей со сглаженным волнением морской поверхности и областей с высоким коэффициентом отражения. DOI: 10.7463/rdopt.0615.081726

Лидарный метод контроля толщины тонких пленок нефтепродуктов на безопасной для зрения длине волны излучения

At the present time most powerful methods for remote sensing of oil pollution on water surface are laser fluorescent and laser spectrophotometric methods.However, remote sensing range for laser fluorescent method is 100 - 150 m at most.Laser spectrophotometric methods allow to perform of oil pollution monitoring for airborne high altitude. At high-altitude a airborne lidar monitors a large stripe on water surface.Too distinct advantage of laser spectrophotometric methods in comparison with laser fluorescent methods is relative simplicity of equipment (hence lower equipment cost).It is advanced to usage of wavelength 1,54 μm in near infrared spectral band (optical parametric oscillator based on Nd:YLF laser). This wavelength is eye-safe wavelength and can be used for monitoring of oil pollution on water surface.Opportunity analysis of laser spectrophotometric measurement method of thin oil film thickness on water surface when using discretely tunable laser in eye-safe narrow spectral band at about 1,54 μm is carried out. Laser spectrophotometric method based on spectral dependence spline smoothing of water surface reflection coefficient and calculation of first and second differential coefficient for water surface reflection coefficient.To estimate measurement error of thin oil film on water surface we have run the mathematical simulation. Mathematical simulation results show that laser spectrophotometric method based on using discretely tunable laser in narrow spectral band at about 1,54 μm allows to perform measurements of thin oil film for thickness from ~ 1,5 μm till ~ 20 μm with an accuracy no more 30 % at mean square root of noise 1 %.В настоящее время наиболее эффективными методами оперативного дистанционного мониторинга нефтяных загрязнений на водной поверхности являются лазерный флуоресцентный и лазерный спектрофотометрический методы.Однако, для лазерных флуоресцентных методов высота зондирования обычно не превышает 100-150 м. Лазерные спектрофотометрические методы позволяют проводить мониторинг нефтяных загрязнений при больших высотах полета летательного аппарата. Это обеспечивает большую полосу обзора лидара на водной поверхности.Кроме того, важным преимуществом лазерных спектрофотометрических методов по сравнению с лазерными флуоресцентными методами является относительная простота аппаратуры (и, следовательно, ее более низкая стоимость).Представляется перспективным использование длины волны 1,54 мкм в ближнем инфракрасном спектральном диапазоне (оптический параметрический генератор на Nd:YLF лазере). Эта длина волны является безопасной для зрения и может быть использована для проведения мониторинга нефтяных загрязнений на водной поверхности.Проведено исследование возможностей лазерного спектрофотометрического метода измерения толщины пленок нефтепродуктов на водной поверхности при использовании дискретно перестраиваемого лазерного источника в безопасном для зрения узком спектральном диапазоне около длины волны излучения 1,54 мкм.Лазерный спектрофотометрический метод основан на сглаживании сплайном измеренной спектральной зависимости коэффициента отражения водной поверхности и вычислении первой и второй производной коэффициента отражения водной поверхности по длине волны излучения.Для оценки погрешности измерения толщины тонких пленок нефтепродуктов на водной поверхности проводилось математическое моделирование. Результаты математического моделирования показывают, что лазерный спектрофотометрический метод, основанный на использовании перестраиваемого лазерного источника в узком спектральном диапазоне около длины волны излучения 1,54 мкм, позволяет при среднеквадратическом значении шума 1 % проводить измерения тонких пленок нефти на водной поверхности с толщиной от ~ 1,5 мкм до ~ 20 мкм с погрешностью не более 30 %

Оценка лидарных контрастов "нефтяное загрязнение – чистая водная поверхность" в УФ, видимом, ближнем и среднем ИК диапазонах

The most reliable and promising operational methods to detect the oil and oil-product spills on the water surface are remote laser methods based on pulsed sounding and recording of the laser signal reflected from the water surface, or recording of the laser-induced fluorescent radiation of the water surface.Remote laser techniques can be used regardless of the time of day and have a high spatial resolution (can detect oil pollution of small size).The oil pollution detection method based on recording the laser signal reflected from the water surface allows sounding at high flight altitudes of the aircraft carrier that provides (with a spatial scan of the laser beam) a wide field of view on the water surface.Monitoring of oil pollution is carried out by recording the laser signal reflected from the water surface, and defining the contrast between the power of the laser signal from the clean water surface and the water surface with oil pollution. However, at present it is unclear what wavelength is the most preferable for laser monitoring of oil pollution, as contrasts "clean water surface - oil pollution" are highly dependent on the wavelength and the thickness of oil films.Depending on the film thickness of oil pollution on the water surface the paper conducts a comparative analysis of lidar contrasts "oil pollution - clean water surface" in a wide spectral range (from ultraviolet to mid-infrared range).An estimate of lidar contrasts "oil pollution - clean water surface" was conducted in the UV, visible, near and middle infrared bands for sounding wavelengths of 0.355, 0.532, 1.06, 1.54, 10.6 μm.It is shown that because of an oscillatory nature of dependence of lidar contrast value on the film thickness of the oil pollution the use of visible and UV range is more promising (in terms of reliability of measurements). Thus, in terms of eye-saving safety the sounding wavelength of 0.3556 μm in UV range is preferable.Наиболее надежными и перспективными оперативными методами обнаружения разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности являются дистанционные лазерные методы, основанные на импульсном зондировании и регистрации отраженного от водной поверхности лазерного сигнала или регистрации лазерно-индуцированного флуоресцентного излучения водной поверхности.Дистанционные лазерные методы могут использоваться независимо от времени суток и обладают высокой пространственной разрешающей способностью (могут обнаруживать нефтяные загрязнения небольшого размера).Метод обнаружения нефтяных загрязнений, основанный на регистрации отраженного от водной поверхности лазерного сигнала, позволяет проводить зондирование при больших высотах полета авиационного носителя, что обеспечивает (при пространственном сканировании лазерного пучка) широкое поле обзора на водной поверхности.Мониторинг нефтяных загрязнений проводят, регистрируя лазерный сигнал, отраженный от водной поверхности, и определяя контраст между мощностью лазерного сигнала от чистой водной поверхности и водной поверхности с нефтяным загрязнением. Однако, в настоящее время нет ясности какая длина волны является наиболее предпочтительной для лазерного мониторинга нефтяных загрязнений, так как контрасты «чистая водная поверхность – нефтяное загрязнение» очень сильно зависят от длины волны и толщины пленок нефтепродуктов.В работе в широком спектральном диапазоне (от ультрафиолетового диапазона до среднего инфракрасного диапазона) проводится сравнительный анализ лидарных контрастов "нефтяное загрязнение – чистая водная поверхность" в зависимости от толщины пленки нефтяного загрязнения на водной поверхности.Оценка лидарных контрастов «нефтяное загрязнение - чистая водная поверхность» проводилась в УФ, видимом, ближнем и среднем ИК диапазонах для длин волн зондирования 0.355, 0.532, 1.06, 1.54, 10.6 мкм.Показано, что из-за колебательного характера зависимости значения лидарного контраста от толщины пленки нефтяного загрязнения более перспективным (в смысле надежности измерений) является использование видимого и УФ диапазона. При этом, с точки зрения безопасности для глаз предпочтительной является длина волны зондирования 0.355 мкм УФ диапазона

Измерение толщины и параметров роста пленок металлов на подложке лазерным методом в процессе их создания

Laser method of measurement of thickness and growth parameters of metal film on dielec-tric substrate during evaporation is considered. The method is based on measurement of reflec-tion coefficient in several points of time and reconstraction of thickness and growth parameters of film by search of quasi-solution for system of nonlinear equations. For search of quasi-solution we use particle swarm algorithms. Mathematical modelling results are given. It is shown that for gold films on quartz substrate in thickness range 5 – 50 nm for measurement noise 1 – 5 % reconstraction errors of starting film thickness are small (the few of percent). Reconstraction errors of growth parameters rely heavily on measurement noise and may be from the few of per-cent to ~ 50 %. Hybrid particle swarm algorithm and simulated annealing has lowest calculating time.Статья посвящена лазерному методу измерения толщины и параметров роста пленок металлов на диэлектрической подложке в процессе их создания. Метод основан на измерении в нескольких моментах времени коэффициентов отражения и определении толщины и параметров пленки путем поиска квазирешений системы нелинейных уравнений. Для поиска квазирешений используются алгоритмы роя частиц. Приведены результаты математического моделирования. Показано, что для пленок золота на кварцевой подложке в диапазоне толщин пленок 5 – 50 нм для шумов измерения 1 – 5 % погрешности восстановления начальной толщины пленки небольшие (единицы процентов), а погрешности измерения параметров роста пленки существенно зависят от шума измерения и могут быть от единиц процентов до ~ 50 %. Наименьшее время вычисления обеспечивает гибридный алгоритм метода роя частиц и метода имитации отжига

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

Remote control of plants state under stress at fluorescence excitation in blue spectral range

The authors analyzed laser-induced fluorescence spectra of healthy vegetation and greenery under stress at fluorescence excitation in blue spectral range. It is shown that use of fluorescence excitation in blue spectral range and registration of fluorescent radiation in three narrow spectral ranges with central wavelengths of 680, 690 and 740 nm allows reliable detection of vegetation stress. Identifiable characteristics of plant stress situation are radiation fluorescence intensity ratio at wavelengths 680, 740 nm and ratio at wavelengths 690, 740 nm