<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root>
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" article-type="research-article" dtd-version="1.2" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">Doklady Physics</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Doklady Physics</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn publication-format="print">2686-7400</issn><issn publication-format="electronic">3034-5081</issn><publisher><publisher-name xml:lang="en">The Russian Academy of Sciences</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="publisher-id">697838</article-id><article-id pub-id-type="doi">10.7868/S3034508125050044</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-heading"><subject>ФИЗИКА</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="article-type"><subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="en">HIDDEN COHERENT STRUCTURE AND PHASE CORRELATIONS OF UNPOLARIZED LIGHT IN MULTIPLE SCATTERING</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>СКРЫТАЯ КОГЕРЕНТНАЯ СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЕ КОРРЕЛЯЦИИ НЕПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА ПРИ МНОГОКРАТНОМ РАССЕЯНИИ</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Meglinski</surname><given-names>I. V.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Меглинский</surname><given-names>И. В.</given-names></name></name-alternatives><email>tuchinvy@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><xref ref-type="aff" rid="aff2"/></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Tuchin</surname><given-names>V. V.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Тучин</surname><given-names>В. В.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff3"/><xref ref-type="aff" rid="aff4"/><xref ref-type="aff" rid="aff5"/></contrib></contrib-group><aff id="aff1"><institution>Aston Institute of Photonic Technologies, College of Engineering &amp; Physical Sciences, Aston University</institution></aff><aff-alternatives id="aff2"><aff><institution xml:lang="en">I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenovskiy University)</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет)</institution></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff3"><aff><institution xml:lang="en">Institute of Physics, Saratov State University</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Институт физики, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского</institution></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff4"><aff><institution xml:lang="en">Science Medical Center, Saratov State University</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Научный медицинский центр, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского</institution></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff5"><aff><institution xml:lang="en">Institute of Precision Mechanics and Control, FRC "Saratov Scientific Center of the Russian Academy of Sciences"</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Институт проблем точной механики и управления, Федеральный исследовательский центр "Саратовский научный центр Российской академии наук"</institution></aff></aff-alternatives><pub-date date-type="pub" iso-8601-date="2025-09-15" publication-format="electronic"><day>15</day><month>09</month><year>2025</year></pub-date><volume>524</volume><issue>1</issue><issue-title xml:lang="en">VOL 524, NO1 (2025)</issue-title><issue-title xml:lang="ru">ТОМ 524, №1 (2025)</issue-title><fpage>23</fpage><lpage>32</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2025-12-05"><day>05</day><month>12</month><year>2025</year></date></history><permissions><copyright-statement xml:lang="en">Copyright ©; 2025, Russian Academy of Sciences</copyright-statement><copyright-statement xml:lang="ru">Copyright ©; 2025, Российская академия наук</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="en">Russian Academy of Sciences</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="ru">Российская академия наук</copyright-holder><ali:free_to_read xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" start_date="2026-09-15"/></permissions><self-uri xlink:href="https://jdigitaldiagnostics.com/2686-7400/article/view/697838">https://jdigitaldiagnostics.com/2686-7400/article/view/697838</self-uri><abstract xml:lang="en"><p>A new conceptual interpretation of the nature of depolarized light is presented. According to this view, light undergoing multiple scattering in a turbid, disordered medium, although formally unpolarized, retains a hidden coherent structure. In contrast to light from incoherent sources (e.g., natural sunlight), which consists of short, uncorrelated wave packets, scattered coherent laser light can be understood as a systematically organized superposition of circularly polarized components with opposite helicities and stable phase relationships. It is shown that the apparent depolarization of scattered light arises not from complete randomization, but from a structured overlap of left- and right-circularly polarized wave packet pairs, indicating the presence of macroscopic phase correlations in the scattered field within optically dense dispersive medium, such as a biological tissue. These findings significantly expand the potential of biomedical polarimetry, revealing its capability to act as a functional analogue of quantum sensing, capable of detecting and exploiting entangled phase states that emerge naturally from coherent scattering events in biological medium.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><p>Представлена новая концептуальная трактовка природы деполяризованного света, согласно которой свет, претерпевший многократное рассеяние в мутной дисперсной среде, хотя и является формально неполяризованным, сохраняет скрытую когерентную структуру. В противоположность свету от некогерентных источников (например, солнечного света), состоящему из коротких некоррелированных волновых пугов, рассеянный когерентный лазерный свет может рассматриваться как систематически организованная суперпозиция циркулярно-поляризованных компонент с противоположными знаками спиральности и устойчивыми фазовыми связями. Показано, что кажущаяся деполяризованность рассеянного света обусловлена не рандомизацией как таковой, а исключительно структурированным наложением лево- и право-циркулярно-поляризованных пар волновых пугов, что указывает на возможность существования макроскопических фазовых корреляций рассеянного поля в оптически плотных дисперсных средах, включая биологические ткани. Полученные результаты принципиально расширяют возможности биомедицинской поляриметрии, раскрывая ее потенциал, в том числе как своего рода аналог квантового сенсорного метода, способного распознавать и использовать запутанные фазовые состояния, возникающие в результате естественных когерентных процессов рассеяния в биологических средах.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="en"><kwd>multiple scattering</kwd><kwd>optically dense dispersive media</kwd><kwd>biological tissues</kwd><kwd>coherent laser light</kwd><kwd>depolarization</kwd><kwd>superposition of circularly polarized waves</kwd><kwd>coherency matrix</kwd><kwd>phase correlations</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>многократное рассеяние</kwd><kwd>оптически плотные дисперсные среды</kwd><kwd>биоткани</kwd><kwd>когерентный лазерный свет</kwd><kwd>деполяризация</kwd><kwd>суперпозиция циркулярно-поляризованных волн</kwd><kwd>матрица когерентности</kwd><kwd>фазовые корреляции</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Авторы выражают благодарность Российскому научному фонду за частичную финансовую поддержку в рамках проекта № 22-65-00096.</funding-statement></funding-group></article-meta></front><body></body><back><ref-list><ref id="B1"><label>1.</label><mixed-citation>Meglinski I., Novikova T., Dholakia K. Polarization and orbital angular momentum of light in biomedical applications: Feature issue introduction // Biomed. Opt. Express. 2021. V. 12. 6255.</mixed-citation></ref><ref id="B2"><label>2.</label><mixed-citation>He C., He H., Chang J. et al. Polarisation optics for biomedical and clinical applications: a review // Light Sci. Appl. 2021. V. 10. 194.</mixed-citation></ref><ref id="B3"><label>3.</label><mixed-citation>Qi J., Elson D.S. Mueller polarimetric imaging for surgical and diagnostic applications: a review // J. Biophoton. 2017. V. 10. P. 950–982.</mixed-citation></ref><ref id="B4"><label>4.</label><mixed-citation>Tuchin V.V. Polarized light interaction with tissues // J. Biomed. Opt. 2016. V. 21 (7). 071114.</mixed-citation></ref><ref id="B5"><label>5.</label><mixed-citation>Kunnen B., Macdonald C., Doronin A., Jacques J., Eccles M., Meglinski I. Application of circularly polarized light for non-invasive diagnosis of cancerous tissues and turbid tissue-like scattering media // J. Biophoton. 2015. V. 8. P. 317–323.</mixed-citation></ref><ref id="B6"><label>6.</label><mixed-citation>Кузьмин В.Л., Меглинский И.В. Зависимость круговой поляризации обратно-рассеянного света в случайных средах от анизотропии рассеивателей // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 108. № 1. C. 105–112.</mixed-citation></ref><ref id="B7"><label>7.</label><mixed-citation>Кузьмин В.Л., Меглинский И.В. Аномальные поляризационные эффекты при рассеянии света в случайных средах // ЖЭТФ. 2010. Т. 137. № 5. C. 848–860.</mixed-citation></ref><ref id="B8"><label>8.</label><mixed-citation>Macdonald C.M., Jacques S.L., Meglinski I.V. Circular polarization memory in polydisperse scattering media // Phys. Rev. E. 2015. V. 91. 033204.</mixed-citation></ref><ref id="B9"><label>9.</label><mixed-citation>Bicout D., Brosseau C., Martinez A.S., Schmitt J.M. Depolarization of multiply scattered waves by spherical diffusers: Influence of the size parameter // Phys. Rev. E. 1994. V. 49. 1767.</mixed-citation></ref><ref id="B10"><label>10.</label><mixed-citation>Hielscher A.H., Mourant J.R., Bigio I.J. Influence of particle size and concentration on the diffuse backscattering of polarized light from tissue phantoms and biological cell suspensions // Appl. Opt. 1997. V. 36. 125.</mixed-citation></ref><ref id="B11"><label>11.</label><mixed-citation>Rojas-Ochoa L.F., Lacoste D., Lenke R., Schurtenberger P., Scheffold F. Depolarization of backscattered linearly polarized light // J. Opt. Soc. Am. A. 2004. V. 21. 1799.</mixed-citation></ref><ref id="B12"><label>12.</label><mixed-citation>Goldstein D. Polarized Light. N.Y.: Dekker, 2003.</mixed-citation></ref><ref id="B13"><label>13.</label><mixed-citation>Compact Polarimeter PAX1000 Operation Manual. Bergkirchen, Ger.: Thorlabs GmbH, 2022.</mixed-citation></ref><ref id="B14"><label>14.</label><mixed-citation>Collett E., Schaefer B. Polarized Light for Scientists and Engineers. Polawave Group, Incorporated, 2012.</mixed-citation></ref><ref id="B15"><label>15.</label><mixed-citation>Zhmyakov D.A., Sinichkin Y.P., Zakharov P.V., Agafonov D.N. Residual polarization of non-coherently backscattered linearly polarized light: the influence of the anisotropy parameter of the scattering medium // Waves in Random Media. 2001. V. 11 (4). P. 395–412.</mixed-citation></ref><ref id="B16"><label>16.</label><mixed-citation>Meglinski I. et al. Shedding the Polarized Light on Biological Tissues. Singapore: Springer, 2021. (Springer Briefs in Applied Sciences and Technology).</mixed-citation></ref><ref id="B17"><label>17.</label><mixed-citation>Городищев Е.Е., Кузовцев А.И., Роговиц Д.Б. Условия сохранения циркулярной поляризации света в сильно рассеивающих средах // Квантовая электроника. 2016. V. 46 (10). P. 947–952.</mixed-citation></ref><ref id="B18"><label>18.</label><mixed-citation>MacKintosh F.C., Zhu J.X., Pine D.J., Weitz D.A. Polarization memory of multiply scattered light // Phys. Rev. B. 1989. V. 40 (13). P. 9342–9345.</mixed-citation></ref><ref id="B19"><label>19.</label><mixed-citation>Zimnyakov D.A. On some manifestations of similarity in multiple scattering of coherent light // Waves in Random Media. 2000. V. 10 (4). P. 417–434.</mixed-citation></ref><ref id="B20"><label>20.</label><mixed-citation>Zimnyakov D.A., Tuchin V.V., Yodh A.G. Characteristic scales of optical field depolarization and decorrelation for multiple scattering media and tissues // J. Biomed. Opt. 1999. V. 4. P. 157–163.</mixed-citation></ref><ref id="B21"><label>21.</label><mixed-citation>Lopushenko I., Bykov A., Meglinski I. Depolarization composition of the back-scattered circularly polarized light // Phys. Rev. A. 2023. V. 108. LO41502.</mixed-citation></ref><ref id="B22"><label>22.</label><mixed-citation>Lopushenko I., Sieryi O., Bykov A., Meglinski I. Exploring the evolution of circular polarized light backscattered from turbid tissue-like disperse medium utilizing generalized Monte Carlo modeling approach with a combined use of Stokes and Jones-Mueller formalisms // J. Biomed. Opt. 2024. V. 29 (5). 052913.</mixed-citation></ref><ref id="B23"><label>23.</label><mixed-citation>Wolf E. Coherence properties of partially polarized electromagnetic radiation // Nuovo Cim. 1959. V. 13. P. 1165–1181.</mixed-citation></ref><ref id="B24"><label>24.</label><mixed-citation>Бори М., Волоф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 719 с.</mixed-citation></ref><ref id="B25"><label>25.</label><mixed-citation>Meglinski I., Lopushenko I., Sdobnov A., Bykov A. Phase preservation of orbital angular momentum of light in multiple scattering environment // Light Sci. Appl. 2024. V. 13. 214.</mixed-citation></ref><ref id="B26"><label>26.</label><mixed-citation>Khanom F., Mohamed N., Lopushenko I., Sdobnov A., Doronin A., Bykov A., Rafailov E. Meglinski I. Twists Through Turbidity: Propagation of Light Carrying Orbital Angular Momentum through a Complex Scattering Medium // Sci. Rep. 2024. V. 14. 20662.</mixed-citation></ref><ref id="B27"><label>27.</label><mixed-citation>Zhang Y. et al. Quantum imaging of biological organisms through spatial and polarization entanglement // Sci. Adv. 2024. № 10. eadk1495.</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
