<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=iso-8859-1">
<style type="text/css" style="display:none;"> P {margin-top:0;margin-bottom:0;} </style>
</head>
<body dir="ltr">
<div class="elementToProof" style="font-family: Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div id="Signature"></div>
<div style="direction: ltr;">&nbsp;</div>
<table align="center" style="direction: ltr; background-color: rgb(255, 255, 255); width: 600px; color: rgb(0, 0, 0); box-sizing: border-box; border-collapse: collapse; border-spacing: 0px;">
<tbody>
<tr>
<td style="direction: ltr; width: 602px; height: 1366px;"><span style="font-family: Arial, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);"><img alt="Dissertation Defense Announcement at the Cullen College of Engineering" width="600" height="171" style="width: 600px; height: 171px;" src="https://www.egr.uh.edu/sites/www.egr.uh.edu/files/enews/2022/images/dissertation1.png"></span>
<table align="center" style="direction: ltr; background-color: rgb(255, 255, 255); width: 600px; height: 1260px; box-sizing: border-box; border-collapse: collapse; border-spacing: 0px;">
<tbody>
<tr>
<td align="center" style="direction: ltr; padding: 40px 20px 10px; width: 600px; height: 513px; box-sizing: border-box;">
<div style="direction: ltr; line-height: 28px; font-family: Arial, sans-serif; font-size: 16pt; color: rgb(200, 16, 46);">
<b>Using High Performance Computing to Model Scattering Induced by Complex Samples in High Numerical Aperture Imaging Systems</b></div>
<div style="direction: ltr; line-height: 22px; margin-top: 5px; font-family: Arial, sans-serif; font-size: 18px; color: rgb(0, 0, 0);">
<b>Ruijiao Sun</b></div>
<div style="margin: 30px 0px;">
<p style="direction: ltr; line-height: 22px; margin: 0px 0px 5px;"><span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; color: rgb(0, 0, 0);">April 26, 2024; 2:00 PM - 4:00 PM (CST)</span></p>
<p style="direction: ltr; line-height: 22px; margin: 0px 0px 5px;"><span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; color: rgb(0, 0, 0);">Location:
</span><span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; color: rgb(34, 34, 34); background-color: rgb(255, 255, 255);">ECE Large Conference room, D N328, Eng Bld 1</span></p>
<p style="direction: ltr; line-height: 22px; margin: 0px 0px 5px;"><span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; color: rgb(0, 0, 0);">Microsoft teams:
<a href="https://urldefense.com/v3/__https://teams.microsoft.com/l/meetup-join/19*3ameeting_MDViZmRjYmUtYmVmNi00NjZlLTg3NDctNjczZjA3Y2JkMGIz*40thread.v2/0?context=*7b*22Tid*22*3a*22170bbabd-a2f0-4c90-ad4b-0e8f0f0c4259*22*2c*22Oid*22*3a*22c8df0038-48e7-416a-9720-a76b175c81db*22*7d__;JSUlJSUlJSUlJSUlJSUl!!LkSTlj0I!FbEJwREkzJAHkVaZanV4tVAHsfhSF6dts8RErBIb0TTpiDF3XnhDXsVuZZNZxoR3mPhoT21w8Ew6KtG_iaTubX3S_Sw$" id="OWA5ed5c739-2df9-7112-275a-88853c6ce0af" class="x_OWAAutoLink" data-auth="NotApplicable" style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;" data-loopstyle="linkonly">
https://teams.microsoft.com/l/meetup-join/19%3ameeting_MDViZmRjYmUtYmVmNi00NjZlLTg3NDctNjczZjA3Y2JkMGIz%40thread.v2/0?context=%7b%22Tid%22%3a%22170bbabd-a2f0-4c90-ad4b-0e8f0f0c4259%22%2c%22Oid%22%3a%22c8df0038-48e7-416a-9720-a76b175c81db%22%7d</a></span></p>
<div style="direction: ltr; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; color: rgb(0, 0, 0);">
<b><br>
</b></div>
<div style="direction: ltr; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; color: rgb(0, 0, 0);">
<b>Committee Chair:</b></div>
<div style="direction: ltr; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; color: rgb(0, 0, 0);">
Dr. David Mayerich, Ph.D.</div>
</div>
<p style="direction: ltr; line-height: 22px; margin: 0px 0px 20px; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px;">
<span style="color: rgb(0, 0, 0);"><b>Committee Members:</b><br>
Dr. Rohith Reddy, Ph.D. | Dr. Jiefu Chen, Ph.D. | Dr. Jianfeng Zheng, Ph.D. | Dr. Panruo Wu, Ph.D.</span></p>
</td>
</tr>
<tr>
<td style="direction: ltr; padding-right: 20px; padding-bottom: 20px; padding-left: 20px; width: 600px; height: 747px; box-sizing: border-box;">
<p style="direction: ltr; line-height: 22px; margin: 15px 0px; font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 16px; color: rgb(200, 16, 46);">
<b>Abstract</b></p>
<p style="direction: ltr; line-height: 22px; margin: 15px 0px;"><span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; color: rgb(0, 0, 0);">Understanding how samples scatter light under coupled-wave illumination is crucial for various applications,
 including imaging system verification, physical formula validation, and microscopy-related discoveries. However, existing algorithms often have limitations. The Born approximation neglects multiple scattering events, Mie theory is restricted to spheres, and
 the T-matrix method struggles with non-spherical shapes. FEM, though versatile, becomes computationally expensive due to the numerous boundaries it requires. This paper presents a novel open-source software, sCWatter, that leverages coupled-wave theory to
 accurately simulate the electric field and intensity around 3D complex samples. This capability unlocks valuable insights into scattering behavior and enables users to interactively explore the results through a dedicated visualization tool. On the basis of
 coupled wave theory, the first chapter proposed a connection chain enabling the simulation of 3D complex samples. SCWatter build a connection chain between adjacent layer boundaries and use the obtained connection equations to build a linear system and solve
 the external field at boundaries. Then it solves the internal field at the boundaries by breaking down the connection chain. Wave propagation equation is then used to calculate the field at each point. In the second chapter, since the field visualization is
 computationally intensive because of the repeated wave propagation calculation for each point, we launch GPU kernels to calculate the field for all points simultaneously and achieved more than 1000 times speedup dependent on the discretizations of the samples.
 On the other hand, the eigendecompositopn in the model simulation process can also be accelerated by high-performance computation library Intel-MKL by more than 491 times. We then showcase the software's capabilities through various simulation results, including
 a field around a classic cylinder and the spectroscopy analysis for a number &quot;3&quot;. This demonstrates sCWatter's ability to accurately capture the scattering behavior of simple geometric objects. In the third chapter, sCWatter is applied to measure the point
 spread function (PSF) of optical systems, which has advantages over PSF lab on the variety of the optical parameters and its simulation speed. In the present work, we simulated the PSF of Microscopy with Ultraviolet Surface Excitation (MUSE) and characterized
 the MUSE systems in multiple aspects, like depth of field (DOE), photobleaching, and the resolution.&nbsp;</span></p>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</td>
</tr>
<tr>
<td style="direction: ltr; width: 602px; height: 88px;"><span style="font-family: Arial, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);"><img alt="Engineered For What's Next" width="600" height="82" style="width: 600px; height: 82px;" src="https://www.egr.uh.edu/sites/www.egr.uh.edu/files/enews/2022/images/dissertation2.png"></span></td>
</tr>
</tbody>
</table>
<div style="direction: ltr; font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
</body>
</html>