Monte Carlo simulation of collimated beam transmission through turbid media

An accurate Monte Carlo (MC) computer model is used to calculate the reflectances (R) and transmittances (T) of isotropic scattering media for the case of collimated beam illumination and for a wide range of absorption and scattering coefficients κ and σ per unit length. The MC results are presented by means of sets of curves with distance scaling in order to give an overall understanding of the subject. Numerical comparisons are made with analytical expressions obtained with a 3-flux model or derived from the equation of radiative transfer. These comparisons indicate the range of κ and σ values where these expressions are applicable. A simple diagram is constructed with accurate MC results and can be used for direct graphical determination of κ and σ from R and T measurements. The effects of reflections at the boundaries are described in the last section.La transmission (T) et la réflexion (R) d'un milieu homogène diffusant la lumière de façon isotrope sont calculées numériquement à l'aide d'une simulation dite de Monte Carlo (MC), dans le cas d'un faisceau incident parallèle. Un grand nombre de valeurs des coefficients d'absorption κ et de diffusion σ par unité de longueur ont été explorées de façon à couvrir pratiquement tous les cas possibles. Nous présentons ces résultats MC sous forme de réseaux de courbes avec des paramètres réduits, ce qui permet d'avoir une vision globale des phénomènes. Ces résultats precis nous ont permis de délimiter les domaines de validité des expressions analytiques approchées obtenues avec un modèle à trois flux ou par résolution de l'équation de transfert radiatif. Enfin nous avons construit des abaques simples à utiliser pour la détermination graphique directe des coefficients κ et σ à partir des mesures de R et T. Les effets des réflexions sur les surfaces du milieu sont discutés dans la demière partie de l'article