عنوان پایان‌نامه

مدل چند لایه ای برای پراکندگی امواج از زیست موادها و کاربرد آن در بیوفوتونیک



    دانشجو در تاریخ ۳۰ اردیبهشت ۱۳۹۲ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "مدل چند لایه ای برای پراکندگی امواج از زیست موادها و کاربرد آن در بیوفوتونیک" را دفاع نموده است.


    رشته تحصیلی
    مهندسی برق-مخابرات-میدان
    مقطع تحصیلی
    کارشناسی ارشد
    محل دفاع
    کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2231;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57669
    تاریخ دفاع
    ۳۰ اردیبهشت ۱۳۹۲
    دانشجو
    میلاد اخلاقی بوزان
    استاد راهنما
    محمود شاه آبادی, مجتبی دهملائیان
    چکیده
    لینک فایل چکیده
    در این پژوهش، ابتدا به مرور مدل‌های پراکندگی امواج نوری از بافت‌های زنده با ساختار چندلایه متناوب پرداخته و سپس مدلی برای این منظور پیشنهاد می‌شود. جهت این امر، مثال سلول‌های حساس به نور در شبکیه چشم انسان را مورد تحقیق قرار خواهیم داد. در مدل‌های پیشین، خواص فیزیکی سلول از دیدگاه بیوفیزیک و یا انتشار امواج الکترومغناطیسی در حوزه زمان بررسی شده است. برای این محاسبات روش‌های متداول عددی حجم عملیات زیادی را به خود اختصاص می‌دهند. این مدل‌ها تنها اثر وجود یک سلول را بدون در نظر گرفتن اثر دیگر سلول‌ها، مورد بررسی قرار داده‌اند. خواهیم دید که تصاویر میکروسکوپی سلول‌های حساس به نور نشان‌دهنده ساختار چندلایه با خاصیت تناوبی است. بنابراین تحلیل چنین ساختاری، روش عددی مناسب برای آن را می‌طلبد. روش مورد استفاده در این تحقیق، علاوه بر در نظر گرفتن ساختار چندلایه متناوب، اثر سلول‌های مجاور را نیز لحاظ می‌کند. از آنجا که ابعاد سلول‌های مورد نظر نسبت به طول موج در باند فرو سرخ و نور مرئی بزرگتر است، روش‌های عددی مرسوم در این پژوهش کارآمد نمی‌باشد. به منظور تحلیل اپتیکی ساختار مورد نظر، روش شبکه خطوط انتقال معادل را به عنوان یک روش نیمه تحلیلی ولی تمام موج برای حل معادلات ماکسول در باند‌های فرکانسی نوری، پیشنهاد خواهیم کرد. با در نظر گرفتن مراتب تفرقی مختلف، توزیع میدان و ضریب بازگشت توان از ساختار سلول‌های حساس به نور محاسبه خواهد شد. به عنوان اولین کاربرد مدل پیشنهادی، سیستم بینایی انسان از نقطه نظر تشخیص رنگ و حساسیت سلول‌ها به شدت نور مورد بررسی قرار گرفته است. پس از آن، حساسیت سلول‌های میله‌ای و مخروطی شبکیه، نسبت به تغییر ضریب شکست نواحی حساس به نور مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه یک روش شناسایی آسیب دیدگی قسمت حساس به نور شبکیه چشم، بر مبنای حل یک مساله بهینه سازی معرفی خواهد شد. خواهیم دید که این مساله بهینه‌سازی به کمک روش تکامل تفاضلی به نحو موثری قابل حل می‌باشد.
    Abstract
    In this work, previous models for optical scattering by multi-layer periodic biostructures are reviewed and a new model for this purpose is presented. Because of their multi-layer and periodic structures, photoreceptor cells of the human eye retina are the main subject of our investigations. In the existing models, physical characteristics of these cells are studied in the time domain both from the point of view of biophysics and electromagnetic wave scattering. Commonly used numerical methods for these calculations are computationally intensive. In these models, optical wave scattering by a single cell is analyzed without considering the impact of their adjacent cells. Note that the microscopic images of photoreceptor cells indicate that their structures are multi-layer and periodic, so a computational method applicable to such structures is required. The computational method of this work is, on the one hand, applicable to multi-layer periodic structures and on the other, takes the effect of nearby cells into account. Moreover, the dimensions of photoreceptor cells are greater than the wavelengths in the infra-red and visible light frequency band; thus, using conventional numerical methods is not recommended. To numerically analyze such structures, the equivalent transmission line network method, which is a semi-analytical full-wave method, is used to solve Maxwell’s equations in the aforementioned frequency range. Including certain number of diffraction orders, we compute the field distribution inside and the reflection coefficient off the photoreceptor cells. As a first application of the proposed method to photoreceptor cells, both color vision and sensitivity to light intensity are characterized. Afterward, sensitivity of retina rod and cone cells to variation of the refraction indices of the light sensitive layers will be studied. Thereafter, a diagnosis technique for defects in the sensory parts of the retina is introduced. It is shown that this technique is based on an optimization problem which can be effectively solved using the method of differential evolution.