<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1266027</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2023.1266027</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>The effect of relative humidity on the polarization Mueller matrix under the oil smoke environment</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Shen et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fphy.2023.1266027">10.3389/fphy.2023.1266027</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>Chengbiao</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Su</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2386909/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>Qiang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2394031/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Zhan</surname>
<given-names>Juntong</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Duan</surname>
<given-names>Jin</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2144130/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Yingchao</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Space Opto-Electronics Technology Institute</institution>, <institution>Changchun University of Science and Technology</institution>, <addr-line>Changchun</addr-line>, <addr-line>Jilin</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Electronics and Information Engineering Institute</institution>, <institution>Changchun University of Science and Technology</institution>, <addr-line>Changchun</addr-line>, <addr-line>Jilin</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/889956/overview">Sergejus Orlovas</ext-link>, Center For Physical Sciences And Technology (CPST), Lithuania</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1575021/overview">Honggang Gu</ext-link>, Huazhong University of Science and Technology, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1811151/overview">Arturo Mendoza-Galvan</ext-link>, Unidad Quer&#xe9;taro, Mexico</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Su Zhang, <email>susiezhang21@126.com</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>25</day>
<month>10</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1266027</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>07</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>02</day>
<month>10</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Shen, Zhang, Fu, Zhan, Duan and Li.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Shen, Zhang, Fu, Zhan, Duan and Li</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>For the variation of the polarized Mueller matrix of oil smoke particles under different relative humidity levels, the polarized single scattering characteristics of oil smoke particles are studied by using the Mie scattering theory, and the multiple scattering simulation is implemented with the Monte Carlo method. Variation in relative humidity is achieved by changing in mixing of the oil smoke and the water fog particles during the same dry particle filling time. Using the 36 sets of polarized Mueller matrices method, the Mueller matrix patterns of oil smoke were calculated for four conditions of 0%, 10%, 40%, and 95% relative humidity, respectively. We can verify the simulation&#x2019;s correctness from the simulation and the experimental results. Specifically, as the relative humidity increases, the size of the Mueller matrix pattern increases, and the patterns of m<sub>22</sub>, m<sub>33</sub>, and m<sub>44</sub> related to the depolarization characteristic change significantly. Furthermore, the scattering depolarization coefficients of the Mueller matrix polar decomposition increase with the increasing relative humidity, with the ability of depolarization being continuously enhanced. This method determines differences in relative humidity using intuitive measurements of stabilized scattering patterns, which can present a theoretical basis for the impact of environmental variation on polarization detection.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>depolarization</kwd>
<kwd>Mueller matrix</kwd>
<kwd>relative humidity</kwd>
<kwd>Monte Carlo simulation</kwd>
<kwd>polar decomposition</kwd>
<kwd>oil smoke</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Optics and Photonics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>When polarized light is irradiated on a strong scattering medium, multiple scattering will occur within this medium, and the polarization information of the transmission light will change, so polarization is widely used in the detection of the properties of the medium [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. However, as the current detection methods are primarily focused on the study of the polarization states obtained from the detection terminal, more research on the properties of the transmission medium is needed. To get more properties of the medium, the polarization information of the scattering medium is expressed in the form of a matrix. The information during the transmission can be carried and displayed using the matrix property [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. It can complement polarization detection and has a vital research value in the field of polarization detection.</p>
<p>For the optical system, a parametric model was constructed to describe the Mueller matrix of optical elements. Liu et al. proposed a method for the comprehensive characterization of an arbitrary composite waveplate based on spectroscopic Mueller matrix polarimetry and described its polarization properties by using four polarization parameters, namely, retardance, fast axis azimuth, rotation angle, and diattenuation angle [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. For the complex media samples, to avoid the direct study of the samples and make verification easy and accurate, the Mueller matrix patterns are applied to analyze the polarization properties of samples in forward transmission by a third-party mapping method. Currently, many researchers have applied Mueller matrices to various fields. Wang et al. compared the polarization parameters extracted from the 3 &#xd7; 3 and 4 &#xd7; 4 Mueller matrix decomposition methods at directions of transmission and reflection, and the parameters derived from the two types of matrices display similar qualitative relations to changes in the microstructure of the biological tissues [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Khaliq et al. compared linear depolarization and linear retardance for both Mueller matrix polar decomposition and Mueller matrix transformation methods, and the study indicated that the optical variables of Mueller matrix polar decomposition and Mueller matrix transformation methods are sensitively correlated to the microstructure of the tissue samples [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. Zhang et al. presented both experimental measurements and Monte Carlo-based simulations of transmission polarization to analyze the effects of concentration variation on the water fog particles. They demonstrated better persistence of circular polarization than linear polarization in more serious fog [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. Liu et al. derived the depolarization index to characterize scattering media by estimating the transmittance with Monte Carlo simulation and enhanced the underwater vision under diverse water turbidity [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. Sanz et al. measured the Mueller matrix of microstructured surfaces by using the polar decomposition method to detect the defects on the scattering flat surface [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. Liu et al. introduced Mueller matrix polarimetry (MMP) to characterize nanoimprinted grating structures, and noticeable depolarization effects from measured data were observed [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]. For further research, they investigated the non-uniform depolarization properties of SiO<sub>2</sub> thin films, two-dimensional Si grating, and three-dimensional Si cylinder grating by Mueller matrix polar decomposition [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. Han et al. introduced a rapid Mueller matrix imaging system to research the structural characteristics of starch granules by testing different incoming and outgoing polarizations [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>].</p>
<p>In this paper, we extend the research to consider the effect of the variation in relative humidity of the oil smoke environment on the polarization Mueller matrix. We present the Mie scattering theory of spherical particles combined with the Monte Carlo algorithm for calculating the polarization multiple scattering. We also analyze the depolarization characteristics under the different relative humidity levels by using the Mueller matrix polar decomposition method. To validate our practice, we compare the simulation method with measurements of oil smoke produced by glycerol atomization. This paper is organized as follows. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> focuses on the experimental procedure for oil smoke particles under variable relative humidity levels, such as experimental setup, particle size measurement of dry particles, and close humidity monitoring in testing. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, we mainly describe the effect of relative humidity on the size and refractive index of oil smoke particles based on Hanel&#x2019;s empirical growth equation and present the theoretical analysis of the Mueller matrix by using Monte Carlo simulation and the Mueller matrix polar decomposition method. <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> describes the simulation and experimental results and shows the consistency between simulation and measurement results. Finally, in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>, we summarize the results and further work.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Mueller matrix testing methods</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Experimental setup</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> shows the Mueller matrix testing setup. A light beam emitted by an 83.06-mW laser at a wavelength of 532&#xa0;nm passes through an attenuator (ATT) to adjust the illumination power. A rotatable linear polarizer (LP1, LPVISC050-MP2, Thorlabs, US) and a quarter wave-plate (W1, AQWP10M-580, Thorlabs, US) composed of the polarization state generator (PSG) are placed in front of the ATT to control the incident polarization state as one of horizontal (H), vertical (V), <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>45</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (P), <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>135</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (M) linear polarization states, and right-hand (R) and left-hand (L) circular polarization states. After beam expansion by the expander (BE, BE02-05-A, Thorlabs, US), the photons forward-scattered from the particles in the environment modulation system (EMS) pass through a polarization state receiver (PSR). The PSR consists of a quarter-wave plate (W2, AQWP10M-580, Thorlabs, US) and a linear polarizer (P2, LPVISC050-MP2, Thorlabs, US). Finally, the patterns can be recorded by using a CCD camera (MER-502-79U3C, Daheng Optics, China) with a pixel size of 3.45 <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#xd7;3.45 <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and 2448 &#xd7; 2048 pixels. In the environment modulation system (EMS), the oil smoke environment was generated by glycerol ultrasonic atomization with a refractive index of 1.47 (sample data provided by Antari Company, Taiwan). Before relative humidity testing, we measured the smoke particle size by using Malvern Spraytec (STP5311, made by Malvern Instruments Limited, Britain), shown in <xref ref-type="sec" rid="s2-2">Section 2.2</xref>. The monitoring method of the relative humidity and its effect on the optical thickness is described in <xref ref-type="sec" rid="s2-3">Section 2.3</xref>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Schematic of the Mueller matrix measurement setup. ATT: attenuator; LP1 and LP2: linear polarizer; W1 and W2: quarter wave-plate; BE: beam expander; EMS: environment modulation system; CCD: charge coupled device; PSG: polarization state generator; PSR: polarization state receiver.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Particle size measurement of dry particles</title>
<p>During testing, to ensure the consistency of the concentration of dry particles at each relative humidity level, we control the amount of dry particles in the EMS by using the particle filling time. In this paper, we choose a dry particle filling time of 5 s, and then the volume distribution of the particle size can be measured directly by Spraytec, which is shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2A</xref>. To ensure suitability of the testing data for theory simulation analysis, we converted the cumulative volume distribution to the number distribution in our previous study [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2B</xref> shows the cumulative number distribution of oil smoke, and the oil smoke particle has a mean radius value of 0.77 <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Size distribution of oil smoke particles at the smoke filling time of 5&#xa0;s. <bold>(A)</bold> Cumulative volume distribution; <bold>(B)</bold> cumulative number distribution.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Relative humidity monitoring in the EMS</title>
<p>For monitoring of the relative humidity in the EMS, this paper uses ultrasonic atomization of water (ZS-10Z, Hangzhou Zhengdao Electrical Equipment Co., Ltd, China) for humidity adjustment and the relative humidity calibrator (RHCL-2, OMEGA Engineering Inc, China) for real-time measurement in the EMS. The water fog filling will stop once the relative humidity meets the testing requirement. During the experiments, the relative humidity levels of 0%, 10%, 40%, and 95% were chosen as the low, medium, and high typical relative humidity. We characterize the medium concentration by the optical thickness according to Beer&#x2019;s law to learn the concentration variation at different levels of relative humidity. The optical thickness measurement schematic diagram is shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>, in which the light power meter (LPM, PM100D, made by Thorlabs, US) is applied for outgoing light intensity testing. The optical thickness <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained from the incident light intensity <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and emergent light intensity <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which can be expressed as [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the thickness of the medium in the EMS (units of cm), <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the medium concentration (units of &#x23;/cm<sup>3</sup>), and <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the extinction cross-section (units of cm<sup>2</sup>).</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Schematic diagram of optical thickness measurement.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g003.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> shows the stability of the emergent light intensity as a function of sampling time for one of the groups at 40% relative humidity. The result shows that the smoke environment is stable 3&#x2013;10&#xa0;min after the smoke filling, so we can conduct testing during this time. When the relative humidity levels are 0%, 10%, 40%, and 95%, the corresponding optical thicknesses are 2.02, 2.08, 2.45, and 3.26, respectively. Increase in the optical thickness is due to the larger relative humidity resulting in the increase of the extinction cross-section <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Intensity of the emergent light under the relative humidity of 40%.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g004.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Monte Carlo calculations under different levels of relative humidity</title>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Effect of relative humidity on oil smoke particles</title>
<p>Due to the hygroscopicity of the oil smoke particles, the radius and refractive index of the oil smoke particles after water absorption can be obtained from the Hanel&#x2019;s empirical growth equation [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. When the relative humidity <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> varies from 0 to 1, the particle size <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and refractive index (real part <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and imaginary part <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) can be calculated by the empirical growth equation and the volume weighted average method, respectively, which can be expressed as<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the real and the imaginary parts of the refractive index of pure water particles, respectively; <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the real and imaginary parts of the refractive index of the dry oil smoke particles, respectively; <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the quality growth factor, which takes the value of 4 [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]; <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the radius of the dry oil smoke particle. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> shows the variation of particle radius and the refractive index with the relative humidity. The imaginary part of the particle refractive index after moisture absorption is tiny, so it can be ignored.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Effect of relative humidity on oil smoke particle parameters. <bold>(A)</bold> Particle radius; <bold>(B)</bold> real part of the refractive index.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Monte Carlo simulation</title>
<p>A Monte Carlo method based on Ramella-Roman et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] is used to perform the calculations for the multiple scattering of oil smoke particles. It involves the change of the transmission energy and the direction of the photons, which is finally characterized by polarization.</p>
<p>The Stokes vector uses four parameters <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to describe the polarized light [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>], in which <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> correspond to the total intensity of the light, linear polarization in the horizontal or vertical direction, linear polarization in <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>45</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>45</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> direction, and circular polarization, respectively. The Stokes vector of the light can be expressed as [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote parallel and perpendicular components of plane wave amplitudes, respectively, and <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the phase difference between <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>When the polarized light passes through the medium, the Mueller matrix <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the medium connects the incident Stokes vector <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mtext>in</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the outgoing vector <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mtext>out</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the transmission light, which is<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mtext>out</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mtext>in</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>14</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>23</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>31</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>32</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>41</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>42</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>43</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>44</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the rotation matrix for the Stokes vector of light transformation between the reference plane and the scattering plane.</p>
<p>For the spherical, isotropic, and homogeneous particles, the Mueller matrix is<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>and the rotation matrix can be written as<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>so <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be expressed as [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>14</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>23</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>31</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>32</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>41</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>42</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>43</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>44</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Photon energy loss can occur in the process of the transmission; once the photon energy weight decreases below a certain threshold or the photon flies off the boundary, the photon transmission is terminated. After the photon has been scattered <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> times, the energy weight <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the scattering and absorption cross-sections of the polydispersed system, respectively, which can be obtained from<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>in which <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the lower and upper limits of the particle radius, respectively; <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the scattering and absorption factors, respectively; and <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number distribution of the particle size.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Mueller matrix analysis</title>
<p>The Mueller matrix can be acquired in various ways; in this paper, we use a combination of 36 groups to adjust the polarization state generator (PSG) and the polarization state receiver (PSR) parts to <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. The detailed combination of the 36 groups is shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Combination of 36 groups of the Mueller matrix.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">PSG</th>
<th rowspan="2" align="left">H</th>
<th rowspan="2" align="left">V</th>
<th rowspan="2" align="left">P</th>
<th rowspan="2" align="left">M</th>
<th rowspan="2" align="left">L</th>
<th rowspan="2" align="left">R</th>
</tr>
<tr>
<th align="left">PSA</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">H</td>
<td align="left">HH</td>
<td align="left">VH</td>
<td align="left">PH</td>
<td align="left">MH</td>
<td align="left">LH</td>
<td align="left">RH</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">V</td>
<td align="left">HV</td>
<td align="left">VV</td>
<td align="left">PV</td>
<td align="left">MV</td>
<td align="left">LV</td>
<td align="left">RV</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">P</td>
<td align="left">HP</td>
<td align="left">VP</td>
<td align="left">PP</td>
<td align="left">MP</td>
<td align="left">LP</td>
<td align="left">RP</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">M</td>
<td align="left">HM</td>
<td align="left">VM</td>
<td align="left">PM</td>
<td align="left">MM</td>
<td align="left">LM</td>
<td align="left">RM</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">L</td>
<td align="left">HL</td>
<td align="left">VL</td>
<td align="left">PL</td>
<td align="left">ML</td>
<td align="left">LL</td>
<td align="left">RL</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">R</td>
<td align="left">HR</td>
<td align="left">VR</td>
<td align="left">PR</td>
<td align="left">MR</td>
<td align="left">LR</td>
<td align="left">RR</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>According to the aforementioned combinations, the Mueller matrix can be derived as [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>14</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>23</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>31</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>32</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>41</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>42</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>43</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>44</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VV</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VV</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>PH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>PV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>MP</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>MM</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LV</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VV</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VH</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>PH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>MV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>MH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>PV</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RH</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RV</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LH</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HP</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VP</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HM</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VM</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HP</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VM</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VP</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HM</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>PP</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>MM</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>PM</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>MP</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RP</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LM</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LP</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RM</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HR</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VR</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RL</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LL</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HR</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VL</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>VR</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>HL</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>PR</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>ML</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>MR</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>PL</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RR</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LL</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>RL</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>LR</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> indicates the light intensity and the subscripts <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the corresponding polarization states described in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s3-4">
<title>3.4 Mueller matrix polar decomposition</title>
<p>With the polar decomposition method, the Mueller matrix <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be decomposed into the product of the depolarization matrix <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, retardance matrix <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and diattenuation matrix <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>], which is<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>in which <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the transformation process of polarizations from one type of fully polarized light to another one, as well as <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> indicates the conversion of fully polarized light to partially polarized light [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> contains only the retarder and depolarizer, which can be written as<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the polarizance of the depolarizer and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> submatrix of the depolarization matrix and retardance matrix.</p>
<p>We set <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as the eigenvalues of <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which can be calculated as<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd/>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The total depolarizer coefficient can be written as<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained from Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Simulation and experimental result and analysis</title>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Simulation results</title>
<p>Our goal in this work is to investigate the effect of relative humidity on the polarization Mueller matrix. Since the empty EMS without particles has little impact on the Mueller matrix of the oil smoke environment, we chose dry particles and low, medium, and high typical humidity for the study. The Mueller matrix patterns of oil smoke particles at different relative humidity are simulated by the Monte Carlo simulation method in <xref ref-type="sec" rid="s3-2">Section 3.2</xref> with the initial parameters of the wavelength of 532 <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m102">
<mml:mtext>nm</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> and photon number of 10<sup>7</sup>. The results are shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>, in which <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6A, B, C, D</xref> show the Mueller matrix simulation with each element pattern pixels of 100 &#xd7; 100 at the relative humidity of 0%, 10%, 40%, and 95% respectively. We can see that the 16 elements of the Mueller matrix exhibit symmetry, which conforms to the cosine distribution according to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>. With the increasing relative humidity, the scattering pattern size of the Mueller matrix is found to increase. This is due to different relative humidity leading to variations in particle size and refractive index, which leads to a rise in the scattering and absorption coefficients of the medium and a more significant deflection of the photons scattered in the medium. Moreover, the number of photons in the pattern that deviate from the incident center point increases after transmission, which increases pattern sizes.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Mueller matrix simulation pattern under different relative humidity. <bold>(A)</bold> 0%; <bold>(B)</bold> 10%; <bold>(C)</bold> 40%; <bold>(D)</bold> 95%.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g006.tif"/>
</fig>
<p>To further quantify the effect of different relative humidity on each element of the Mueller matrix, we first normalize the pixel intensity values of each element at different relative humidity by m<sub>11</sub> to eliminate the effects of light intensity and keep the intensity value of each pixel in the range of [&#x2212;1 1] [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]<underline>,</underline> and then according to the appearance frequency of the intensity values, the interval segmentation statistics of intensity values are performed for each normalized matrix element m<sub>11</sub>&#x2013;m<sub>44</sub> to get the number of intensity values in a small interval of different central values. Finally, the normalized intensity frequency distribution of each element is established, shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. In <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>, the horizontal coordinate is the central value of the intervals and the vertical coordinate is the number of intensity values occurring in this division interval. As can be seen from the figures, the three diagonal elements m<sub>22</sub>, m<sub>33</sub>, and m<sub>44</sub> change more significantly as the relative humidity increases. The depolarization phenomenon is more significant as observed from the Mueller matrix polarization decomposition in <xref ref-type="sec" rid="s3-4">Section 3.4</xref>. This phenomenon is also consistent with the conclusion that the scattering depolarization of spherical, isotropic, and homogeneous particles is more significant than the retardance and diattenuation [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Normalized intensity frequency distribution curves of Mueller matrix elements under different relative humidity.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g007.tif"/>
</fig>
<p>The depolarization coefficient pattern of <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> under different relative humidity is solved by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> shows the Mueller matrix depolarization coefficient patterns&#x27; three-dimensional simulation results for 0%, 10%, 40%, and 95% relative humidity. The figures show that the minimum value of the oil smoke depolarization coefficient pattern increases gradually with increasing relative humidity, which are 0.426, 0.511, 0.565, and 0.816, respectively. This indicates that the depolarization phenomenon becomes apparent as the relative humidity of the oil smoke increases.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Three-dimensional diagram of Mueller matrix simulation depolarization under different relative humidity. <bold>(A)</bold> 0%; <bold>(B)</bold> 10%; <bold>(C)</bold> 40%; <bold>(D)</bold> 95%.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g008.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Experimental results</title>
<p>The PSG and PSA parts are adjusted in the measurement according to the data in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, and 16 sets of Mueller matrix element patterns can be obtained by calculating Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">14</xref>. To correspond to the image size of the Mueller matrix elements in the simulations, the raw patterns captured by the CCD with the size of 2448 <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> 2048 are cropped to the 500 &#xd7; 500 pixel images with the center position as the original point. Based on the simulation analysis and our previous research for spherical, isotropic, and homogeneous particles [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], in this paper, we focus on the pattern variations of the three matrix elements m<sub>22</sub>, m<sub>33</sub>, and m<sub>44</sub> related to depolarization. <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F12">12</xref> show the testing results under the relative humidity of 0%, 10%, 40%, and 95%, respectively. From the results, we can see that with the increasing relative humidity, the patterns calculated by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">14</xref> keep getting more prominent, which is consistent with the trend of simulation results. <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref> shows the schematic diagram of the quantitative analysis process, the edge points of the m<sub>22</sub>, m<sub>33</sub>, and m<sub>44</sub> patterns in the horizontal leftward and rightward and vertical upward and downward directions are used as reference points, and the absolute values of the pixel intensities in the four directions are summed for the m<sub>22</sub>, m<sub>33</sub>, and m<sub>44</sub> patterns under the relative humidity of 0%, 10%, 40%, and 95%. According to calculation, at the four relative humidity levels, the absolute sum of the pixel intensities of m<sub>22</sub> in four directions are 1.09, 1.12, 2.46, and 2.81, for m<sub>33</sub> are 0.86, 0.92, 0.99, and 1.34, and for m<sub>44</sub> are 0.44, 0.61, 1.11, and 1.71, respectively. It is further verified that as the relative humidity increases, the photon motion becomes more deflected with the rise of the medium scattering coefficient, leading to the more significant deviation of the pattern depolarization terms m<sub>22</sub>, m<sub>33</sub>, and m<sub>44</sub> from the central point of propagation.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Experimental diagram of testing results under the relative humidity of 0%.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g009.tif"/>
</fig>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Experimental diagram of testing results under the relative humidity of 10%.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g010.tif"/>
</fig>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Experimental diagram of testing results under the relative humidity of 40%.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g011.tif"/>
</fig>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>Experimental diagram of testing results under the relative humidity of 95%.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g012.tif"/>
</fig>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>Schematic diagram of the quantitative analysis process.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1266027-g013.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Agreement between simulation and experiment</title>
<p>To verify the accuracy of the simulations, we compared the simulation result of Mueller matrix elements with the experimental images, and the mean square error (MSE) was calculated [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. Each Mueller matrix element&#x2019;s simulated and measured patterns under the same relative humidity are subjected to a point-taking operation. During the calculation, the center pixel is used as the center of the circle, and the points are taken at 45&#xb0; intervals in the 360&#xb0; direction of the circle. To make the values consistent, the edge points of the pattern are taken in these eight directions to complete the values compatible with the simulation and experiment. Finally, the normalized intensity values of the taken points are calculated for the MSE, which can be expressed as<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the simulated and measured normalized intensity values, respectively, and <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of samples at different directions. <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> shows the MSE calculation of simulation and measurement for matrix elements m<sub>22</sub>, m<sub>33</sub>, and m<sub>44</sub> at the relative humidity of 0%, 10%, 40%, and 95%.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>MSE between simulation and experiment.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Relative humidity</th>
<th align="left">0%</th>
<th align="left">10%</th>
<th align="left">40%</th>
<th align="left">95%</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">m<sub>22</sub>
</td>
<td align="left">0.00386</td>
<td align="left">0.00335</td>
<td align="left">0.00835</td>
<td align="left">0.00469</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">m<sub>33</sub>
</td>
<td align="left">0.00350</td>
<td align="left">0.00546</td>
<td align="left">0.00675</td>
<td align="left">0.00361</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" style="background-color:#808080">m<sub>44</sub>
</td>
<td align="left">0.00740</td>
<td align="left">0.00403</td>
<td align="left">0.00664</td>
<td align="left">0.00690</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>It is apparent that the average value of the MSE with different relative humidity levels is 0.00538. This is due to the fact that the relative humidity controlled in the experiment cannot reach the ideal state, resulting in the simulation and experimental patterns not being fully consistent. However, the simulation and the observed images have the exact change trend, which can indicate the correctness of the simulation.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>In this paper, we present Mie scattering and the Monte Carlo method as the scattering model to study the effect of relative humidity variations on Mueller matrix patterns and depolarization of smoke particles. On this basis, an experimental setup is established to test Mueller matrix with controllable environmental parameters. The experimental and simulation results show that <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">(1)</xref> the Mueller matrix pattern increases with the increasing relative humidity. (2) The frequency distribution curves of m<sub>22</sub>, m<sub>33</sub>, and m<sub>44</sub> patterns change most obviously with the increasing relative humidity, which can reflect the more significant depolarization characteristics of the oil smoke particles. (3) The depolarization of the oil smoke particles gradually increases as relative humidity increases, which is useful to analyze the decrease of degree of polarization (DOP) for polarized incident light in a higher-relative humidity environment. (4) Comparing the simulations with the experiments, the average value of the MSE reaches 0.00538. Therefore, the study of the Mueller matrix can reflect the characteristics of the oil smoke environment under different relative humidity and extend the application range of the polarization Mueller matrix.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Materials; further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>CS: writing&#x2013;original draft and writing&#x2013;review and editing. SZ: writing&#x2013;original draft and writing&#x2013;review and editing. QF: writing&#x2013;review and editing. JZ: writing&#x2013;review and editing. JD: writing&#x2013;review and editing. YL: writing&#x2013;review and editing.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The authors declare financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. The work was supported by the National Natural Science Foundation of China (62127813; 61890963), Jilin Scientific and Technological Development Program (20210201093GX), and Education Department Program of Jilin Province (JJKH20220737KJ; JJKH20220738KJ).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>YP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>HY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Polarized light illuminated scattering characteristics of single airborne particle</article-title>. <source>J Quant Spectrosc Ra</source> (<year>2021</year>) <volume>266</volume>:<fpage>107568</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jqsrt.2021.107568</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bruce</surname>
<given-names>NC</given-names>
</name>
<name>
<surname>L&#xf3;pez-T&#xe9;llez</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rodr&#xed;guez-N&#xfa;&#xf1;ez</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rodr&#xed;guez-Herrera</surname>
<given-names>OG</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Permitted experimental errors for optimized variable-retarder Mueller-matrix polarimeters</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2018</year>) <volume>26</volume>:<fpage>13693</fpage>&#x2013;<lpage>704</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.26.013693</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>HD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Simplified analysis and suppression of polarization aberration in planar symmetric optical systems</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2023</year>) <volume>31</volume>, <fpage>30750</fpage>&#x2013;<lpage>30766</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OE.498455</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alali</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vurgun</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wood</surname>
<given-names>MFG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vitkin</surname>
<given-names>IA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ahmad</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Quantitative correlation between light depolarization and transport albedo of various porcine tissues</article-title>. <source>J Biomed Opt</source> (<year>2012</year>) <volume>17</volume>, <fpage>045004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1117/1.JBO.17.4.045004</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>YZ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>WJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>YJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Polarization scattering imaging experiment based on Mueller matrix</article-title>. <source>Opt Commun</source> (<year>2021</year>) <volume>490</volume>:<fpage>126892</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.optcom.2021.126892</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>HY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>HF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>JQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>XB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>WH</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Polarization differential imaging in turbid water via Mueller matrix and illumination modulation</article-title>. <source>Opt Commun</source> (<year>2021</year>) <volume>499</volume>:<fpage>127274</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.optcom.2021.127274</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gu</surname>
<given-names>HG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>XG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>YT</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>CW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gong</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Comprehensive characterization of a general composite waveplate by spectroscopic Mueller matrix polarimetry</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2018</year>) <volume>26</volume>:<fpage>25408</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OE.26.025408</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>YF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zeng</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>DS</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>HH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Study on the validity of 3&#xd7;3 Mueller matrix decomposition</article-title>. <source>J Biomed Opt</source> (<year>2015</year>) <volume>20</volume>:<fpage>065003</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1117/1.jbo.20.6.065003</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khaliq</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ashraf</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gul</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ahmad</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Comparative study of 3 x 3 Mueller matrix transformation and polar decomposition</article-title>. <source>Opt Commun</source> (<year>2021</year>) <volume>485</volume>:<fpage>126756</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.optcom.2021.126756</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>CB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Feng</surname>
<given-names>XQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>ST</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhan</surname>
<given-names>JT</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duan</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Light transmission polarization patterns and depolarization from water fog concentration variation</article-title>. <source>Opt Eng</source> (<year>2023</year>) <volume>62</volume>:<fpage>014104</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1117/1.OE.62.1.014104</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>HH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>SX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Comparative study of the imaging contrasts of Mueller matrix derived parameters between transmission and backscattering polarimetry</article-title>. <source>Biomed Opt Express</source> (<year>2018</year>) <volume>9</volume>:<fpage>4413</fpage>&#x2013;<lpage>28</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/BOE.9.004413</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>SanzSaiz</surname>
<given-names>JMJM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#xe1;lez</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moreno</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Polar decomposition of the Mueller matrix: a polarimetric rule of thumb for square-profile surface structure recognition</article-title>. <source>Appl Opt</source> (<year>2011</year>) <volume>50</volume>:<fpage>3781</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/AO.50.003781</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>XG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>CW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>SY</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Depolarization effects from nanoimprinted grating structures as measured by Mueller matrix polarimetry</article-title>. <source>APPL PHYS LETT</source> (<year>2013</year>) <volume>103</volume>(<issue>15</issue>):<fpage>151605</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4824760</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>ZQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gu</surname>
<given-names>HG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>JL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>YT</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nie</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lyu</surname>
<given-names>JY</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Nonuniform depolarization properties of typical nanostructures and potential applications</article-title>. <source>Opt Lett</source> (<year>2020</year>) <volume>45</volume>(<issue>7</issue>):<fpage>1910</fpage>&#x2013;<lpage>3</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OL.389732</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>CY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Du</surname>
<given-names>CY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>DF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Evaluation of structural and molecular variation of starch granules during the gelatinization process by using the rapid Mueller matrix imaging polarimetry system</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2018</year>) <volume>26</volume>:<fpage>15851</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OE.26.015851</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhan</surname>
<given-names>JT</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duan</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>YC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>HL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Effects of environment variation of glycerol smoke particles on the persistence of linear and circular polarization</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2020</year>) <volume>28</volume>:<fpage>20236</fpage>&#x2013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OE.395428</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>van der Laan</surname>
<given-names>JD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wright</surname>
<given-names>JB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kemme</surname>
<given-names>SA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scrymgeour</surname>
<given-names>DA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Superior signal persistence of circularly polarized light in polydisperse, real-world fog environments</article-title>. <source>Appl Opt</source> (<year>2018</year>) <volume>57</volume>:<fpage>5464</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/AO.57.005464</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hnel</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The properties of atmospheric aerosol particles as functions of the relative humidity at thermodynamic equilibrium with the surrounding moist air</article-title>. <source>Adv Geophys</source> (<year>1976</year>) <volume>19</volume>:<fpage>73</fpage>&#x2013;<lpage>188</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0065-2687(08)60142-9</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fitzgerald</surname>
<given-names>JW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Effect of relative humidity on the aerosol backscattering coefficient at 0694- and 106-&#x3bc;m wavelengths</article-title>. <source>Appl Opt</source> (<year>1984</year>) <volume>23</volume>:<fpage>411</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/AO.23.000411</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bartel</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hielscher</surname>
<given-names>AH</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Monte Carlo simulations of the diffuse backscattering mueller matrix for highly scattering media</article-title>. <source>Appl. Opt.</source> (<year>2000</year>) <volume>39</volume>:<fpage>1580</fpage>&#x2013;<lpage>1588</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/AO.39.001580</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nee</surname>
<given-names>JB</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multichannel polarization lidar measurements of aerosols and cirrus clouds</article-title>. <source>Eur Phys J Plus</source> (<year>2020</year>) <volume>237</volume>:<fpage>07020</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/epjconf/202023707020</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Milun</surname>
<given-names>JR</given-names>
</name>
<name>
<surname>George</surname>
<given-names>WK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mehru&#x2dd; beo</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brent</surname>
<given-names>DC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lihong</surname>
<given-names>VW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sohi</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Light backscattering polarization patterns from turbid media: theory and experiment</article-title>. <source>Appl Opt</source> (<year>1999</year>) <volume>38</volume>:<fpage>3399</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/AO.38.003399</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Du</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>HH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zeng</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liao</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Two-dimensional backscattering Mueller matrix of sphere&#x2013;cylinder birefringence media</article-title>. <source>J Biomed Opt</source> (<year>2012</year>) <volume>17</volume>:<fpage>126016</fpage>&#x2013;<lpage>1260167</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1117/1.JBO.17.12.126016</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>SY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chipman</surname>
<given-names>RA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Interpretation of Mueller matrices based on polar decomposition</article-title>. <source>J OPT SOC AM A</source> (<year>1996</year>) <volume>13</volume>:<fpage>1106</fpage>&#x2013;<lpage>13</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/JOSAA.13.001106</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salter</surname>
<given-names>PS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>YX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dai</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>PC</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Revealing complex optical phenomena through vectorial metrics</article-title>. <source>Adv Photon</source> (<year>2022</year>) <volume>4</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1117/1.AP.4.2.026001</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>ZH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Removing the dichroism and retardance artifacts in a collinear backscattering Mueller matrix imaging system</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2018</year>) <volume>26</volume>:<fpage>28288</fpage>&#x2013;<lpage>301</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OE.26.028288</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Andreas</surname>
<given-names>HH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Judith</surname>
<given-names>RM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Irving</surname>
<given-names>JB</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Influence of particle size and concentration on the diffuse backscattering of polarized light from tissue phantoms and biological cell suspensions</article-title>. <source>Appl Opt</source> (<year>1997</year>) <volume>36</volume>:<fpage>125</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/AO.36.000125</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sheng</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>WP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qi</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>HH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Quantitative analysis of 4 &#xd7; 4 mueller matrix transformation parameters for biomedical imaging</article-title>. <source>Photonics</source> (<year>2019</year>) <volume>6</volume>:<fpage>34</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/photonics6010034</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Raz</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mendlovic</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Sequential filtering for color image acquisition</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2014</year>) <volume>22</volume>:<fpage>26878</fpage>&#x2013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OE.22.026878</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>