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申请/专利权人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

摘要：本发明涉及生物物理学技术领域，尤其涉及一种基于FDTD算法的光和细胞相互作用模型的建模方法。包括：S1：构建单细胞光散模型的几何形状，并配置单细胞光散模型的仿真区域的光学属性；S2：设置仿真区域的边界；S3：计算单细胞光散模型的散射特性；S4：通过总场散射场公式定义单细胞光散模型的入射光场；S5：将FDTD算法的时间步长进行时间离散化处理；S6：基于FDTD算法获得入射光场的电磁场分布和特性；S7：使参考光与散射光发生干涉，完成光和细胞相互作用的模型的构建。本发明的计算方式简单，对于纳米生物成像领域的研究和发展具有重要意义。

主权项：1.一种基于FDTD算法的光和细胞相互作用模型的建模方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1：构建单细胞光散模型的几何形状，并配置所述单细胞光散模型的仿真区域的光学属性；S2：基于单轴完美匹配层的FDTD算法，设置所述仿真区域的边界；S3：基于米氏散射的替代模型计算所述单细胞光散模型的散射特性，所述散射特性包括：所述单细胞光散模型的散射截面和各向异性参数；S4：根据所述单细胞光散模型的散射特性，通过总场散射场公式定义所述单细胞光散模型的入射光场；S5：通过下式将所述FDTD算法的时间步长进行时间离散化处理，使所述时间步长满足Courant–Friedrichs–Levy稳定条件： （1）；其中，为时间步长，Δx为沿着所述单细胞光散模型的长度方向的空间步长，Δy为沿着所述单细胞光散模型的深度方向的空间步长，Δz为沿着所述单细胞光散模型的宽度方向的空间步长，c为光速；S6：基于所述FDTD算法，通过下式模拟所述仿真区域的光与所述单细胞光散模型的相互作用，获得所述入射光场的特性和电磁场： （2）；其中，为复相对介电常数，，为介质的相对介电常数的实部，为介质的相对介电常数的虚部，i、j、k均为FDTD立方体直角坐标网格在空间坐标系中的索引，为在时间步长为n时刻时，电场在x方向上的电场分量，为角频率，为介质在真空中的介电常数，为FDTD立方体直角坐标网格的空间分辨率，分别为磁场在y方向和z方向上的磁场强度在中间时间点的值；S7：通过下式使所述入射光场作用于所述单细胞光散模型所获得的散射光与参考光发生干涉，完成光和细胞相互作用的模型的构建： （3）；其中，为光和细胞相互作用的模型，a为系数，为相位，表示沿着x方向的散射光的电场分量，表示沿着x方向的参考光的电场分量，R表示相位对比显微镜中的参考光束，表示沿着y方向的散射光的电场分量，表示沿着z方向的参考光的电场分量，表示沿着y方向的参考光的电场分量，表示沿着z方向的散射光的电场分量。

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