Eur. Phys. J. AP 6, 81-87 (1999)
https://doi.org/10.1051/epjap:1999155

Multiple light scattering in random systems: Analysis of the backscattering spot image

¹ Université de Technologie de Compiègne, Département Génie Chimique, B.P. 649, 60206 Compiègne, France
² Institut de Sciences et de Génie des Matériaux et Procédés, B.P. 5, 66120 Font Romeu, France

Corresponding author: abdellah.arhaliass@utc.fr

Received: 5 May 1998
Revised: 5 November 1998
Accepted: 23 December 1998
Published online: 15 April 1999

Abstract

This study concerns the multiple scattering of light in random granular systems and the analysis of the image formed by the light scattered by a random medium. We developed an imagery method with high grey level resolution for visualization and analysis of the intensity profile in the backscattering spot image. We further present statistical models for the radiative transfer in granular media only involving the photon mean path length, the asymmetry factor and the absorption probability of photons. A renormalization of the photon trajectory in the medium gives a photon transport equation for anisotropic scattering and leads to an analytical expression for the intensity profile in the backscattering spot. We finally compare the results from imagery experiments with the predictions from numerical simulations and statistical models.

Résumé

Ce travail concerne la diffusion multiple de la lumière dans les systèmes dispersés aléatoires et la caractérisation du milieu par analyse de la tache de rétrodiffusion. Nous avons mis au point une technique d'imagerie à haute résolution en niveaux de gris pour la visualisation et l'analyse du profil de luminosité dans la tache de rétrodiffusion. Nous présentons par ailleurs des modèles statistiques du transfert radiatif dans les milieux granulaires où interviennent seulement le libre parcours moyen, le facteur d'asymétrie et la probabilité d'absorption des photons. Dans le cas de la diffusion anisotrope, nous effectuons une renormalisation de la trajectoire des photons dans le milieu pour aboutir à une équation de transport des photons et à une expression analytique du flux lumineux dans la tache de rétrodiffusion. Nous comparons enfin les résultats des expériences d'imagerie avec les prévisions des simulations numériques et des modèles statistiques.