双旋转波片Mueller矩阵测量系统
基于双旋转波片法的癌变组织穆勒矩阵的测量研究
基于双旋转波片法的癌变组织穆勒矩阵的测量研究王惠敏;黄丹飞;邹彤;李世维;钟艾琦;王雄才【摘要】Polarization imaging can effectively compensate for the shortcomings of ordinary optical imaging due to its own advanta-ges, especially the Mueller matrix image that contains all the polarization information of target.In this paper, a set of Mueller matrix imaging system was established based on the principle of double rotating retarders to explore the ability of polarization imaging to distin-guish cancerous and non-cancerous tissues,which utilized tissue backscattered light to measure Mueller matrix of pathological slices. The Mueller matrices of liver cancer,lung cancer and gastric cancer were measured respectively.These three kinds of cancers were high incidence in the world.Experimental results showed that the polarization information expressed by each Mueller matrix element was not the same.And in some Mueller matrix elements,the polarization characteristic of cancerous and non-cancerous regions was significantly different, which could be used to help identify cancer and normal tissue.Mueller matrix polarization imaging will be a po-tential pathological detection method in biomedical research.%偏振成像由于自身的优势能够有效改善普通光学成像的不足,尤其是穆勒矩阵图像包含了目标的所有偏振信息.本研究基于双旋转波片法原理,搭建了一套穆勒矩阵成像系统,利用组织背向散射光进行成像,测量癌症病理切片的穆勒矩阵,以探求偏振成像区分癌变和非癌变组织的能力.对目前全球高发的肝癌,肺癌和胃癌三种癌症组织切片分别进行穆勒矩阵测量,成像结果发现不同的像元表达的偏振信息不同,某些穆勒矩阵元中,癌变和非癌变区域的偏振信息差异明显,可以用来辅助辨别癌变与正常组织.穆勒矩阵偏振成像在生物医学研究中将会是一种有潜力的病理检测方法.【期刊名称】《生物医学工程研究》【年(卷),期】2018(037)002【总页数】5页(P148-152)【关键词】偏振成像;穆勒矩阵;偏振特性;双旋转波片法;癌变组织【作者】王惠敏;黄丹飞;邹彤;李世维;钟艾琦;王雄才【作者单位】长春理工大学生命科学技术学院,吉林长春130022;长春理工大学生命科学技术学院,吉林长春130022;长春理工大学生命科学技术学院,吉林长春130022;长春理工大学生命科学技术学院,吉林长春130022;长春理工大学光电工程学院,吉林长春130022;长春理工大学光电工程学院,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】R318;Q-3341 引言光和生物组织的相互作用在19世纪中期就开始被医生定性地用于疾病检测，对生物组织进行病理诊断时采用光学的方法会有许多优点，如无痛、无损以及非接触等[1 - 2]。
基于双折射晶体的快拍穆勒矩阵成像测偏原理分析
基于双折射晶体的快拍穆勒矩阵成像测偏原理分析曹奇志;元昌安;胡宝清;任文艺;赵银军;张晶;李建映;邓婷;Mingwu Jin【摘要】针对传统穆勒矩阵成像测偏仪包含活动部件,需进行多次测量,容易产生测量误差,不能对运动目标或动态场景进行同时、实时测量等问题,提出了一种以改进型萨瓦偏光镜为核心分光器件的快拍Mueller矩阵成像测偏技术(MSP-SMMIP).它不含任何活动部件,能通过单次快拍测量获取目标强度图像和全部16个穆勒矩阵阵元图像.它主要由偏振态产生和偏振态分析两部分组成,偏振干涉条纹通过偏振态产生光路后定位于测试样品上,随后这些条纹通过空间载频将样品的Mueller矩阵分量编码,经偏振态分析光路成像于焦平面上.采用斯托克斯矢量-穆勒矩阵形式阐明了光场偏振态被MSP-SMMIP调制的过程,给出了其像面干涉图表达式,讨论了Mueller矩阵反演和系统定标的方法.基于CCD相机参数分析了系统的光学指标.通过数值模拟实验给出模拟测量结果,通过定性和定量评价测量结果表明该系统的可行性.MSP-SMMIP技术具有稳态、快拍、结构简洁、易定标、可同时实时获取目标强度图像和全部Mueller矩阵阵元图像的显著特点.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(067)010【总页数】10页(P111-120)【关键词】双折射晶体;穆勒矩阵;快拍成像测偏技术;光学系统分析【作者】曹奇志;元昌安;胡宝清;任文艺;赵银军;张晶;李建映;邓婷;Mingwu Jin 【作者单位】广西师范学院物理与电子工程学院, 南宁 530023;广西师范学院北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 广西地表过程与智能模拟重点实验室,南宁 530023;Department of Physics, University of Texas at Arlington, Arlington, TX 76019, USA;广西师范学院北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 广西地表过程与智能模拟重点实验室, 南宁 530023;广西师范学院北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 广西地表过程与智能模拟重点实验室, 南宁 530023;西北农林科技大学理学院, 杨凌 712100;Department of Electrical and Computer Engineering, University of Delaware, Newark, DE 19716, USA;广西师范学院北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 广西地表过程与智能模拟重点实验室, 南宁 530023;广西师范学院物理与电子工程学院, 南宁530023;广西师范学院北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 广西地表过程与智能模拟重点实验室, 南宁 530023;Department of Physics, University of Texas at Arlington, Arlington, TX 76019, USA;广西师范学院物理与电子工程学院, 南宁 530023;广西师范学院物理与电子工程学院, 南宁 530023;Department of Physics, University of Texas at Arlington, Arlington, TX 76019, USA【正文语种】中文1 引言偏振成像技术是利用光电成像器件获取目标景物辐射的偏振信息,不仅可获得目标光学辐射的光强度信息,而且可获得目标的偏振信息,显著增加被探测目标场景的信息量[1−3].目标的偏振信息与其自身的介电常数、粗糙度、组织结构、含水量等有密切关系[4].穆勒矩阵是一种应用广泛的偏振表征量,能够全面反映目标的偏振光学特性.它是一个4×4的矩阵,共16个阵元.穆勒矩阵成像测偏技术(Mueller matrix imaging polarimeter,MMIP)是一种能完全表征目标偏振属性的偏振成像技术[5,6],是当今偏振成像领域研究的热点之一[5−17].穆勒矩阵成像测偏技术具有光学成像非侵入、无辐射、无损伤等优点,按照调制方式不同,可分为分时型和快拍型[10,18].分时型一般包含有机械转动(如旋转玻片等)[19−21]或相位延迟调制(如液晶等)[22−34]部件,其偏振态产生部分(PSG)和分析部分(PSA)都是沿着时间轴调制.分时型穆勒矩阵成像测偏仪虽然原理简单,获得的偏振图像空间分辨率高,但系统中含有活动部件和需要多次测量,这限制了其测量精度和应用范围[25].快拍(snapshot,也有学者称为同时或快照式)穆勒矩阵成像测偏技术(SMMIP)是采用不同的空间载频将目标的全部偏振信息调制到一帧干涉图中,通过一次曝光获取目标的全部16个穆勒矩阵阵元图像[12,25],其测量速度最快[12,25].SMMIP是在空间调制快拍斯托克斯(Stokes)成像测偏技术上发展起来的[35].空间调制快拍斯托克斯成像测偏技术是采用不同的载频将目标的全部4个斯托克斯参量(S0,S1,S2和S3)调制到一帧干涉图中,通过一次曝光获取目标全部斯托克斯参量[35−40].它按核心调制器件可分为偏振光栅型[35]和双折射型(包括楔形棱镜[36]、萨瓦偏光镜[37,38]和改进型萨瓦偏光镜(modified savart polariscopes,MSP)[39−41]).2015年,Wang等[12]和Kudenov等[25,35]开展了以偏振光栅为核心调制器件的SMMIP研究,并展示了其在眼部疾病(青光眼)早期诊断方面的潜在应用价值,但获取目标的穆勒矩阵图像空间分辨率较低;具有高消光比的双折射晶体备受空间调制快拍斯托克斯成像测偏技术研究者们的青睐[26−41],并且已有研究表明以MSP为核心调制器件的技术方案在通道宽度、空间分辨率、信噪比和视场等方面具有显著优势[39,40].本文主要对以MSP为核心调制器件的SMMIP的基本原理进行分析.2 光路设计与测量原理图1是MSP-SMMIP光学设计示意图,它包含一个偏振态产生部分和一个偏振态分析部分,主要包括光源(source),准直透镜(f1),起偏器(P1),改进型萨瓦偏光镜(MSP1),半波片(HWP1),MSP2,成像镜(f2),被测样品(sample),准直透镜(f3),MSP3,HWP2,MSP4,检偏器(P2),二次成像镜(f4)及焦平面阵列(FPA).其中MSP-SMMIP系统中核心分光器件是MSP,可以将其看成两块萨瓦板(SP)夹一个半波片的“三明治”结构,其中MSP3和MSP4的SP厚度相等,它们是MSP1和MSP2的SP厚度的两倍.准单色光源Source发出光束经过f1准直后,入射到起偏器P1上,经过P1的透射光可以表示成入射光的归一化斯托克斯参量形式,Sin=(S0,in(x,y)/2)[1 0 1 0]T,上标T代表矩阵中的转置,S0,in(x,y)是入射光的总光强.透射光经过MSP1,HWP1和MSP2后分成四束光,这些光线经过成像镜f2后,形成干涉条纹定位在样品上.这些条纹通过两种载频调制样品的穆勒矩阵M(x,y),被调制后的光场通过f3准直进入到偏振态分析模块中.从偏振态产生模块中出来的四束光,经过MSP3,HWP2和MSP4后分成16束光.最后,这16束光线经过检偏器P2和二次成像镜f4干涉、成像于焦平面阵列FPA上.图1 MSP-SMMIP光学设计示意图起偏器P1和检偏器P2的偏振化方向为45◦,半波片HWP1和HWP2的快轴方向为22.5◦,改进型萨瓦偏光镜MSP1和MSP3沿着y轴方向剪切,MSP2和MSP4沿着x轴方向剪切,MSP3和MSP4的SP单板厚度是MSP1和MSP2的两倍Fig.1.Optical layout of MSP-SMMIP,P1andP2are linear polarizers at 45◦,half wave-plates,HWP1and HWP2have fast axes oriented at 22.5◦.MSP1and MSP3shear the beam along x whileMSP2and MSP4shear along y.The single SP’s thickness of the generator’s and analyzer’s MSP are t and 2t,respectively.利用斯托克斯矢量-穆勒矩阵(Stokes vector-Mueller matrix)形式[6],可以方便地研究空间调制稳态快拍穆勒矩阵成像测偏系统的探测原理.设入射光的Stokes参量为S0,in(x,y),用一个4×1的矩阵表示.出射光的Stokes参量S0,out(x,y)等于光学系统的Mueller矩阵M乘以入射光的Stokes参量S0,in(x,y),即S0,out(x,y)=MS0,in(x,y).基于本测量系统的基本结构和探测原理,设f1=f2=f3=f4时,入射光经过系统的矩阵传输方程可表示为其中,MP2(45◦),M4,MH2(22.5◦),M3,M(x,y),M2,MH1(22.5◦),M1 和MP1(45◦)分别表示检偏器P2、改进型萨瓦偏光镜MSP4、半波片HWP2、改进型萨瓦偏光镜MSP3、样品、改进型萨瓦偏光镜MSP2、半波片HWP1、改进型萨瓦偏光镜MSP1和起偏器P1的Mueller矩阵[6].通过计算(1)式,可得到焦平面FPA上光强I(x,y)=S0,out(x,y):其中k=2πΩ,Ω = ∆/(λf)是空间载频,λ是入射光的波长,f是成像镜的焦距,∆是萨瓦偏光镜单板横向剪切量[39].为了重构样品的Mueller矩阵阵元mij(下标i和j是4×4的Mueller矩阵的行和列),需对干涉图I(x,y)进行傅里叶变换将其转换到频域I′(x,y)(如图2所示),可以看出该图中有33个分离的峰(通道),这些通道复系数Sn分别包含样品Mueller矩阵不同阵元信息(见表1).为解调出这些Mueller矩阵阵元,需要采用二维滤波器对相应通道进行滤波.当某个k通道被滤波,再对该通道进行反傅里叶变换获得Ck,它包含复系数Sn和调制相位因子.为了解调出Sn,需要一个或者多个已知Mueller矩阵Mr作为参考数据去定标每个通道的调制相位因子[6,8].(3)式中Csk和Crk分别是样品和参考数据的第k通道数据.此外,Cs0和Cr0是用来消去光源对样品测试结果的影响.求解各Mueller矩阵分量的等式见表2.表1 每个通道复系数Sn(包含样品被编码到干涉图中的Mueller矩阵阵元)Table 1.The complex coefficients Snof each channel(including the Mueller matrix elements encoded in the interferogram).通道(n) Sn(summations of Muellermatrix elements) 通道(n) Sn(summations of Mueller matrix elements)±12m23−m33−m44±2im24∓im34±im43±2 m33−m44∓im34∓im43 ±3−4m13−2m23+m33−m44∓4im14±2im24∓ im34∓im43±4−m33−m44∓im34±im43 ±54m13+2m23+m33+m44∓4im14±2im24±im34∓im43±6−m33+m44±im34±im43 ±7 −2m23−m33+m44±2im24±im34±im43±8m33+m44±im34∓im43 ±9 4m22+2m32∓2im42±10 −2m32±2im42 ±114m22−2m32±2im42±12 2m32∓2im42 ±13 4m31∓4im41±14−4m31±4im41 ±15 −8m12±16 −8m21 0 16m11表2 从频域中求解Mueller矩阵分量Table 2.Resolved Muller matrix elements mijfrom the Fourier domain.m11=??C0,cal m31=−2Re{C13,cal−C14,cal}m12=−2Re{C15,cal}m32=−4Re{C9,cal−C11,cal}m13=−4Re{C2,cal+C7,cal−C3,cal−C6,cal}m33=8Re{C8,cal−C6,cal}m14=4Im{C2,cal+C7,cal−C3,cal−C6,cal}m34=−8Im{C8,cal+C6,cal}m21= −2Re{C16,cal}m41=2Im{C14,cal−C13,cal}m22=4Re{C11,cal+C12,cal}m42=−4Im{C11,cal−C9,cal}m23=8Re{C7,cal−C6,cal}m43=8Im{C6,cal−C8,cal}m24=8Im{C7,cal−C6,cal}m44=−8Re{C8,cal+C6,cal}??图2 干涉图频谱,包含33个通道Fig.2.Fourier spectra of interferogram.It includes 33 channels.3 光学指标以上对MSP-SMMIP的工作原理和特性进行了分析,下面将以特定的面阵探测器来分析设计系统的性能参数.面阵探测器对空间调制快拍穆勒矩阵测偏仪的性能起着决定性作用,其帧频决定快拍测量速度,其分辨率是决定测偏仪的空间分辨率的重要因素.由于MSP-SMMIP空间通道数达到33个,为了使得每个通道容纳的信息尽可能多,必须充分利用面阵探测器的整个探测面阵,以获得最大的空间分辨率.因此,应以可获得的面阵探测器来制定相关技术指标.本文以加拿大DALSA公司生产的Pantera TF 1M60为例制定指标.CCD的参数:空间分辨率为1024×1024,像元大小为12µm×12µm,最高帧频可达60帧/s.由于 CCD上沿 y方向的一行像元数为N=1024,且相邻像元间距为a=12µm.由图3可知,在频域中,沿着y方向需分成7个通道,每个通道频域宽度等于空间载频Ω,为了尽可能地利用探测器阵列全部阵元,每个通道空域宽度为L=1/Ω =Na/7≈ 1.755 mm,则载频Ω =1/L=0.57 mm−1. 在频域中,如果采用矩形滤波器滤波,则滤波器截止频率为Ωc=Ω/2=0.285 mm−1.系统的空间分辨率由系统的放大倍数和像元大小共同决定ε=7a/Q,其中a为像素尺寸,Q为光学系统的总放大倍率,乘以7是因为整个探测器阵面沿着y(和x)方向分成了7个通道.可见快拍穆勒矩阵成像测偏仪测量速度提高16倍是以空间分辨率降低7倍为代价的.若系统的总放大倍率为Q=1,空间分辨率就为ε=84µm.上述系统指标确定以后,由于Ω=∆/λf,λ是入射光的波长,f是成像镜的焦距,∆是萨瓦偏光镜单板横向剪切量.因此可根据这些指标来设计关键光学元器件的参数:如改进型萨瓦偏光镜的厚度;物镜、准直透镜和成像镜的焦距等.4 数值模拟参考上节光学指标,基于MATLAB软件平台,进行模拟实验,除对模拟结果进行视觉定性评估,也采用相关系数(correlation coefficients,CC)和峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)进行定量评估.4.1 模拟及其定性分析图3(a)为输入系统的Mueller矩阵目标图像,该图像十分有趣,图像中心的空间频率明显高于边缘,其中部分图像尤为明显(如m33等).图4是基于(2)式模拟得到的干涉图,从图中可以看到清晰的干涉条纹.图4的傅里叶变换谱见图2,可以看出该图中有33个分离的峰(通道),这表明模拟的图像中包含了相应的载频.同时这33个峰(通道)分别包含着输入Mueller矩阵16个阵元的信息,如果要解调出这些Mueller矩阵阵元,需要对相应通道采用二维滤波器进行滤波,再进行二维反傅里叶变换.为了消去调制相位因子,需要对每个通道进行定标,被用于定标的参考目标必须确保每个通道的定标数据不为零.MSP-SMMIP光学系统,只需要偏振化方向为22.5◦的线性偏振片作为参考目标,一次即可将33个通道全部定标.相比文献[25],采用多器件多角度的多次定标,MSP-SMMIP定标更加简洁高效,两者差异主要是因为两种光学系统采用的核心分光器件不同,分光机理也不同,对偏振态的调制结果不同.图3(b)为反演出的Mueller矩阵图像,该图很好地反演出了输入Mueller矩阵图像的低频信息(如m12).图3(b)部分分量(如m33)中心部分模糊,由第4节光学指标计算中可知,这主要是部分目标高频信息超出了低通滤波器的截止频率,而采用频域反演技术时,低通滤波器会截断超出截止频域的高频信息部分.这样会导致高频信息在滤波过程中丢失,而高频信息对应的是目标空间频率高的部分,即目标的细节(如m33的中心部分),目标细节信息丢失会导致目标图像中心高频部分模糊.需要特别指出的是,图3是伪彩色图像,其颜色表示该数值大小,具体颜色代表那个数值可查看图3下部的颜色条. 图3 (a)模拟输入目标图像;(b)测量结果图像Fig.3.(a)Simulatedinput;(b)simulated measurement.图4 MSP-SMMIP模拟干涉图Fig.4.Simulated image of MSP-SMMIP.4.2 反演图像质量定量评价相关系数CC和PSNR可以较好地从图像的相关性和绝对误差两方面评价图像的重构质量.首先采用相似性评估的方法来评价反演图像和输入目标图像的相似性.相似性测量主要是计算两者的CC(其值范围在0—1之间),CC越高表明这两幅图像越相似,也就是该反演图像与输入目标图像越相似,重构得越好.图5所示为反演图像与输入目标图像的CC,可以看出,CC均在0.82以上,表明反演图像与输入图像之间存在强相关,亦表明获得了非常好的测量结果.图5 反演图像与输入目标图像的CCFig.5.The correlation coefficients between reconstructed image and input image.图6 峰值信噪比Fig.6.Peak signal to noise ratio.PSNR经常用作图像重建质量评价.PSNR表示信号最大可能功率和影响它的表示精度的破坏性噪声功率的比值,由于许多信号都有非常宽的动态范围,峰值信噪比常用对数分贝单位来表示.一般来说,PSNR值越大,重构质量越好,绝对误差越小.图6是反演穆勒矩阵每个阵元的PSNR,从图中可知,单独占有一个通道的穆勒矩阵阵元(如m12和m21)的PSNR比多个穆勒矩阵阵元(如m24和m42)共享一个通道高.此外,从图中可知PSNR均在23以上,这表明测量结果绝对误差较小.在此需特别指出,本文主要聚焦于介绍MSPSMMIP探测的新原理和系统的光学指标初步设计,给出基于理想情况下的理论分析和数值模拟结果.相应的实验室原理验证实验、定标实验和定量分析等将在未来的工作中呈现.5 结论提出了一种以改进型萨瓦偏光镜为核心器件的空间调制稳态快拍穆勒矩阵成像测偏新技术,它采用不同的空间载频将16个穆勒矩阵阵元调制到一幅干涉图中,能实现一次曝光获取目标图像和全部穆勒矩阵阵元图像.采用斯托克斯矢量-穆勒矩阵形式阐明MSP-SMMIP的探测原理,研究了Mueller矩阵重构和系列定标技术,分析了系统的光学指标,采用计算机仿真实验验证了MSPSMMIP原理方案的正确性.对仿真结果的主观和客观评价表明模拟测量结果较好.与分时型相比,该技术的优势在于:1)测量系统无运动部件,结构紧凑,体积小,系统的可靠性和稳定性好;2)测量系统不受探测目标和系统自身相互运动以及外界环境扰动的影响,偏振探测精度高;3)探测系统通过一次测量即可获取探测目标的全部偏振特性,探测速度快,可以用于静、动态目标和动态场景的探测.所以,该技术可极大地满足生物医学(如眼部疾病)、遥感(如动态目标识别)和工业(如流水线质量监控)等领域对活体、运动目标或动态场景同时和实时快速检测的实际需求.然而,现有频域反演技术的局限性导致Mueller 矩阵阵元重构过程中目标高频信息丢失,高频信息对应着目标的细节,这导致该技术暂时不能应用于高分辨领域,这个瓶颈急需突破.参考文献[1]Snik F,Craven-Jones J,Escuti M,Fineschid S,Harringtone D,Martinof A D,Mawetg D,Riedih J,Tyo J S『2014Proc.SPIE9099,Polarization:Measurement,Analysis,and Remote Sensing XI Baltimore,Maryland,United States,March 24–28,2014 p90990B』[2]Tyo J,Goldstein L,Chenault B,Shaw A 2006 Appl.Opt.45 5453[3]Li S J,Jiang H L,Zhu J P,Duan J,Fu Q,Fu Y G,Dong K Y 2013 Chin.Opt.6 803(in Chinese)[李淑军,姜会林,朱京平,段锦,付强,付跃刚,董科研 2013中国光学 6 803][4]Bass M,Mahajan N 2010 Handbook of Optics,3rd Edition,VolumeI:Geometrical and Physical Optics,Polarized Light,Components and Instruments(New York:McGraw Hill)pp478–512[5]Wang Y,He H,Zeng N,Xie J,Liao R,Chang J,Sun M,Ma H 2015 Worldplex Med.1 74(in Chinese)[王晔,何宏辉,曾楠,谢军,廖然,常金涛,孙明皓,马辉 2015世界复合医学1 74][6]Goldstein D H 2010 Polarized Light(3rd Ed.)(Boca Raton:CRCPress)pp628–631[7]Lu S Y,Chipman R 1996 J.Opt.Soc.Am.A 13 1106[8]Guo Y H 2014 Ph.D.Dissertation(Shenzhen:Tsinghua University)pp10–30(in Chinese)[郭亦鸿2014博士学位论文 (深圳:清华大学)第11—30页] [9]He H,Zeng N,Du E,Guo Y,Li D,Liao R,Ma H 2013 sers Med.2 129[10]Alali S,Vitkin A 2015 J.Biomed.Opt.20 611041[11]Pierangelo A,Nazac A,Benali A,Validire P,Cohen H,Novikova T,Ibrahim B,Manhas S,Fallet C,Antonelli M,Martino A 2013 Opt.Express 21 14120 [12]WangY,Kudenov M,KashaniA,KashaniA,Schwiegerling J,Escuti M『2015 Proc.SPIE 9613,Polarization Science and Remote Sensing VII SanDiego,California,United States September 1,2015 p96130A』[13]Bueno M,Artal P 1999 Opt.Lett.24 64[14]Li Y N,Sun X B,Qiao Y L,Zhang Q,Hong J 2010 J.Atmos.Environ.Opt.5 203(in Chinese)[李雅男,孙晓兵,乔延利,张荞,洪津2010大气与环境光学学报5 203][15]Qiao L F,Zhang Y M,Xie Q Y,Fang J,Wang J J,Zhang Q X 2009bust.Sci.Technol.15 172(in Chinese)[乔利锋,张永明,谢启源,方俊,王进军,张启兴2009燃烧科学与技术15 172][16]Wang Y,Wang H,Chen S,Qi Y,Liu H 2011 Proc.SPIE 8192,International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2011 Laser Sensing and Imaging;and Biological and Medical Applications of Photonics Sensing and Imaging Beijing,China,August 23,2011 p81923U1[17]Xiao S A,Li G H,Li J Z,Xue Q W 1991 J.Qufu Normal Univ.18 44(in Chinese)[肖胜安,李国华,李继仲,薛庆文1991曲阜师范大学学报18 44][18]Wang X,Zhang M Y,Chen Z Y,Bai X F,Jin W Q 2013 Infrared Laser Eng.422244(in Chinese)[王霞,张明阳,陈振跃,拜晓锋,金伟其2013红外与激光工程42 2244][19]Azzam A 1978 Opt.Lett.2 148[20]Collins W,Koh J 1999 J.Opt.Soc.Am.A 16 1997[21]Gerligand Y,Smith M,Chipman R 1999 Opt.Express 4 420[22]Laude-Boulesteix B,Martino A,Drévillon B,Schwartz L 2004 Appl.Opt.43 2824[23]Benkelfat E,Horache H,Zou Q,Vinouze B 2003 mun.221 271[24]Jellison E,Modine A 1997 Appl.Opt.36 8190[25]Kudenov M,Escuti M,Hagen N,Dereniak E,Oka K 2012 Opt.Lett.37 1367[26]Goldstein D H 1992 Appl.Opt.31 6676[27]Pezzaniti L,Chipman R 1995 Opt.Eng.34 1558[28]Du E,He H,Zeng N,Sun M,Guo Y,Wu J,Ma H 2014 J.Biomed.Opt.19 760131[29]Sun M,He H,Zeng N,Du E,Guo Y,Liu S,Wu J,He R,Ma H 2014 Biomed.Opt.Express 5 4223[30]Li J H,Zheng M,Zhang X B,Li Y Q 2016 Laser Optoelectron.Prog.53 212021(in Chinese)[李建慧,郑猛,张雪冰,李艳秋2016激光与光电子学进展53 212021][31]Deng Y 2005 Ph.D.Dissertation(Wuhan:Huazhong University of Science and Technology)pp83–97(in Chinese)[邓勇2005博士学位论文 (武汉:华中科技大学)第83–97页][32]Zhang X G,Jiang Y S,Lu X M 2008 Acta Opt.Sin.28 1191(in Chinese)[张绪国,江月松,路小梅2008光学学报28 1191][33]Chen X G,Liu S Y,Zhang C W,Wu Y P,Ma Z C,Sun T Y,Xu Z M 2014 Acta Phys.Sin.63 180701(in Chinese)[陈修国,刘世元,张传维,吴懿平,马智超,孙堂友,徐智谋2014物理学报63 180701][34]Li Y B,Li S B,Chen W J,Zeng Y X,Yang J Y 2010 Opto-Electron.Eng.3741(in Chinese)[李宇波,李世博,陈伟坚,曾宇骁,杨建义2010光电工程37 41][35]Kudenov M,Escuti M,Dereniak E Oka K 2011 Appl.Opt.50 2283[36]Oka K,Kaneko T 2003 Opt.Express 11 1510[37]Luo H,Oka K,DeHoog E,Schiewgerling J,Dereniak E L 2008 Appl.Opt.47 4413[38]Luo H T 2008 Ph.D.Dissertation(Arizona:Universityof Arizona)pp21–54[39]Cao Q Z,Zhang C M,DeHoog E 2012 Appl.Opt.51 5791[40]Cao Q Z,Zhang J,DeHoog E,Zhang C M 2016 Appl.Opt.55 954[41]Cao Q Z,Zhang J,DeHoog E,Lu Y,Hu B Q,Li W G,Li J Y,Fan D X,DengT,Yan Y 2016 Acta Phys.Sin.65 050702(in Chinese)[曹奇志,张晶,Edward DeHoog,卢远,胡宝清,李武钢,李建映,樊东鑫,邓婷,阎妍2016物理学报65 050702]。
高双折射保偏光纤拍长测试及Mueller矩阵分析
高双折射保偏光纤拍长测试及Mueller矩阵分析欧攀;徐宏杰;杨德伟;张春熹【摘要】为了测量高双折射保偏光纤的拍长,采用偏光干涉效应的方法,构建由宽谱光源、带保偏尾纤的起偏器和光谱分析仪组成的全光纤光路测试系统.从理论上用Mueller传输矩阵方法推导了到达光谱仪的光强公式,利用该方法构建实验系统对熊猫型保偏光纤的拍长进行了测试,获得了该保偏光纤拍长的测量数据.结果表明,由待测保偏光纤的偏光于涉效应引起的光强波动以一定的周期间隔表现在光谱变化上,波动的相对幅度与待测保偏光纤主轴与起偏器的保偏尾纤主轴夹角有关,当夹角均为±45°时波动的相对幅度最大.只要在实验中测量出光谱波动的周期,就能够根据理论计算出给定波长处的保偏光纤的拍长.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)001【总页数】4页(P15-17,56)【关键词】光纤光学;保偏光纤;Mueller矩阵;拍长;起偏器【作者】欧攀;徐宏杰;杨德伟;张春熹【作者单位】北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TN253引言保偏光纤可实现光纤中光波偏振态稳定地传输，在光纤传感、相干光通信、光信息处理等领域应用日趋广泛，是应用极为广泛的特种光纤之一[1-3]。
保偏光纤可以分为高双折射和低双折射两类，其中高双折射保偏光纤主要是依据材料应力不均匀而设计的熊猫型和蝴蝶结型保偏光纤。
在高双折射保偏光纤中，正交模的传播常数βx与βy差别很大，两模式耦合几率小。
如果光在光纤一个光轴平行的方向上被线性偏振，那么光将维持其偏振态在光纤中进行传输。
如果在沿着光纤传输时，光在其它角度被线性偏振，偏振态将发生变化，从线性到椭圆到线性，再到椭圆并再次返回到线性，具有通常所说的差拍周期长度(拍长)Lb。
采用二进制偏振旋转器实现高精度偏振测量
采用二进制偏振旋转器实现高精度偏振测量李志宏孟卓译天津大学精仪学院摘要：本文主要阐述了一种使用二态磁光偏振旋转波片来精确地测量偏振相关参数，包括偏振模色散和偏振相关损耗。
利用旋转波片的二态性质，我们可测得从1480nm到1620nm波段上的DGD,SOPMD和PDL，测得的精度分别在2.6fs，1.39ps2，和0.06dB；重复性分别在1fs，0.005ps2和0.01dB。
1、引言：随着光通讯系统的传输比特率从10Gb，40Gb到100Gb，甚至更高方向发展，偏振相关参数对系统性能的影响越来越大。
与偏振相联系的损害如偏振模色散（PMD）偏振相关损耗退化了系统的性能并造成系统不能运行。
另一方面，使用更小带宽通过波分复用与解调技术能实现偏振态相垂直的两信号同时传输，加倍速率传输，实现高速率传输。
最后，对于40Gb和100Gb系统中最关键的相干检测部分也需要依赖于精确的偏振管理来完成。
因此，对于各元件和系统的所有偏振相关参数的快速，精确测量的需求变得相当紧迫。
到目前为止，光偏振相关测量主要依赖于模拟技术，包括旋转相位延迟器，旋转偏振器，液晶单元，相位调制器和四探测器法。
然而，为了达到高精度测量，模拟技术将面临着低重复性和复杂的补偿技术的缺点。
相比之下，近来发表的基于二态的铁电液晶的偏振分析在一定程度上更具优势。
在之前我们发表的一篇文章中，描述了采用二态磁光偏振旋转波片成功研制的一种二态的偏振态发生器（PSG），此仪器能以优于0.1度的重复精度在邦加球上产生5或6种特定偏振态。
随后，我们又发表了一篇基于同样二态偏振旋转波片而研制的，具有高精度自动校正的偏振态分析仪。
这两篇文献中指出采用PSG-PSA组合能精确地测量光学元件的偏振相关损耗，偏振模色散，相位延迟和双折射。
本文详细的介绍了使用PSG-PSA两测品为构件的组成原理，并通过实验数据验证了该装置的精确性和重复性。
为了确定此二态测量系统的精度，我们设计并构造了一系列的已知PMD和PDL值的检测产品用于验证测量结果。
一种全偏振参数的显微测量系统
２ １ 年 １ ｒ ｎ ｃＥｎ ｎ ｅ ｉ ｇ ｔ — ｅ ｔｏ ｉ ｇｉ ｅ ｒｎ
Ｖ＿ － ７ ＮＯ １ ０ ３ ． ．２ ｌ
Ｄｅ ．２ ０ ｃ ０１
文 章编 号 ：１ ０ — ０ Ｘ（０ ０ １— ０ １ ０ ０ ３ ５ １ ２ １）２ ０ ４ — ５
（ ｃｏ ｌ ｔ ｎｃ ｎ ｐｏｌｃ ｏ ｉ ｓｉ ｔ Ｚ ￣ｉｎ ｎｖｒｉ ， ｈ ａ ｇ３ ０ ５ ， ｈ ａ） Ｍｉ ｅｅ ｒ ｉ ａ ｄＯ ｔ ｅｔ ｎｃ Ｉ ｔｕｅ ｈ ａ ｇＵ ｉｅｓｙ Ｚ ￣ｉｎ １０ ８ Ｃ ｉ ｒ ｃｏ ｓ ｅ ｒ ｓｎ ｔ ， ｔ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｏ ａ ｉ ｉｇ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｓ ｓｅ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｉｈ ｃ ｕ ｄ ａ ｑ ｉ ｕ ｌ ｒｍａｒｘ ｏ ｈ ａ ｇ ｔ ｃ ｌ ． ｅ ｐ ｌｒｚｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔｍ ｓ ｅ ｉ ｎ ｄ ｗｈ ｃ ｏ ｌ ｃ ｕ ｒ Ｍ ｅｌ ｔｉ ｆ ｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｅ ｌ Ｔｈ ｅ ｅ ｓ ｓ ｓｅ ｕ ｉ ｚ ｓ ｑ ｉ ｒ ｓａ ｏ ｕ ａｏ ｏ ｄ ｎ ｔ ｏ ａ ｉａ ｉ ｎ ｓ ｌ ｔ ｒｐ ｉ ｍ ｓ ｔ ｋ ｙ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ，ｏ ｒ ａｉ ｅ ｕ ｌ ｒ ｙ ｔ ｍ ｔｌ ｅ ｌ ｕ ｄ ｃｙ ｔ ｌ ｄ ｌｔ ｒｂ ｎ ｉ ｇ ｗｉ ｐ ｌ ｒ ｔ ｐ ｉ ｅ ｒｓ ａ ｓ ｅ ｏ ｏ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅｌ ｉ ａｉ ｍ ｈ ｚ ｏ ｔ ｉ ｅ ｚＭ ｅ ｍａｒｘｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｔ ｅ ｉ ｄ ｏ 一 ｍｅ ｌ ｈ ｔｎ ｉ ， ｉ ｍｅ ｈ ｄ ｃ ｎ ｅ ｓｌ ｃ ｕ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ａ ｄ ｖ ｄ ｄ ｆｏ ｔｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｈ ａｐ ｒ ｆ １ ｔ ｉ ｔｉ ｅ ｓｔ Ｔｈ ｓ ｗｉ ｏ ０ ｉ ｇ ｎ ｙ ｔ ｏ ａ ａ ｉ ａ ｑ ｉｅ ｒ ａ— ｍｅ ｄ ｔ ｉ ｉ ｅ ｒ ｍ ｙ ｔ
混浊介质后向散射特性的Mueller矩阵实验测量
混浊介质后向散射特性的Mueller矩阵实验测量幸翀;赖晓涛;王楠;刘仁峤;黄家寿;杨桂华【期刊名称】《生物物理学报》【年(卷),期】2008(024)001【摘要】Mueller矩阵是一种公认的能很好地表述介质偏振特性的方法.由于散射光偏振在生物组织无创伤诊断技术等诸多领域中的重要应用价值,对组织散射特性的Mueller矩阵的研究成为国际上组织光学的热点之一.与现有测量Mueller矩阵的实验方法相比,斜入射正接收装置用来测量Mueuer矩阵是一个更加行之有效的方法,再结合一种新的算法来处理后续数据,由此所获得的Mueller矩阵空间分布图的清晰度不亚于其它文献的报道.这种测量方法结构更简单,具有测量更方便、准确等优点.结果表明:入射角影响Mueller矩阵的空间分布图.随着介质浓度的增大,随机介质后向散射Mueller矩阵各元素的空间分布图样减小.【总页数】6页(P77-82)【作者】幸翀;赖晓涛;王楠;刘仁峤;黄家寿;杨桂华【作者单位】赣南医学院信息工程学院,江西赣州,341000;赣南医学院信息工程学院,江西赣州,341000;赣南师范学院专科部,江西赣州,341000;赣州市第一中学,江西,赣州,341000;赣南医学院信息工程学院,江西赣州,341000;赣南医学院信息工程学院,江西赣州,341000【正文语种】中文【中图分类】O43【相关文献】1.混浊介质后向散射的Mueller矩阵的偏振特性分析 [J], 赖晓涛;幸翀2.纳米级散射颗粒混浊介质的Mueller矩阵测量 [J], 幸翀;彭友霖;罗硕3.混浊介质180°后向散射特性参数测定系统的原理 [J], 张大伟;李国华4.混浊介质二维后向漫散射穆勒矩阵的测量 [J], 胡锐;邓勇;鲁强;骆清铭5.复合粒子场散射特性的Mueller矩阵表示 [J], 聂守平;陈延如;赵琦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【国家自然科学基金】_激光主动成像_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
科研热词 隐马尔科夫树- 激光雷达 激光光学 激光主动成像 投影密度分布熵 多尺度融合 图像分割 三维点云
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
2011年 科研热词 激光主动成像 飞机检测 距离图像 纳秒激光 红外热成像 空间分布 直方图 目标探测 目标分类 激光雷达 检测维修 最小外接矩形 无损检测 序贯概率比检验 峰值检测 小波变换 图像降噪 图像采集 图像处理 主动加热 sure 推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词 推荐指数 黑色素瘤 1 靶向成像 1 障碍识别 1 隐身技术 1 量子点 1 蛋白质转运 1 精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸 1 矩阵光学 1 激光成像雷达 1 氧化石墨烯 1 模糊融合决策 1 整合素α vβ 3单克隆抗体 1 反射 1 分子探针 1 光热治疗 1 “猫眼效应” 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
科研热词 主动成像 距离选通 激光偏振成像 后向散射 双旋转波片技术(drrt) 偏振度 信噪比 snr mueller矩阵 mtf
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
科研热词 主动成像 高分辨率 距离选通 误差 相干编码成像 相位闭合 激光照明 斑纹效应 后向散射 偏振成像 偏振度 mueller矩阵
基于穆勒矩阵的偏振显微镜及其在生物医学领域的应用
基于穆勒矩阵的偏振显微镜及其在⽣物医学领域的应⽤74 2015年3⽉第1卷创刊号 World Journal of Complex Medicine Mar.2015，V ol.1No.1 201World Journal of Complex Me ，，基于穆勒矩阵的偏振显微镜及其在⽣物医学领域的应⽤王晔1,2，何宏辉1，曾楠1，谢军3，廖然1，常⾦涛1,2，孙明皓1,2，马辉1,21. 清华⼤学深圳研究⽣院，深圳市⽆损监测与微创医学技术重点实验室，深圳 5180552. 清华⼤学物理系，北京 1000843.海南⼤学机电⼯程学院，海⼝570228摘要偏振光显微镜可⽤于观察具有光学各向异性特征的样品，因⽽在诸多领域都得到⼴泛应⽤，例如研究地质岩⽯和矿物，分析壁画颜料，检验纺织品和⽣物组织等。
在⽣物医学研究领域，偏振光显微镜能提供⽐普通光成像更丰富的微观结构信息，是⼀种有潜⼒的疾病诊断⼿段。
然⽽在实际应⽤中各向异性样品的取向会对偏振测量产⽣⼀定影响。
最近，我们设计了⼀种基于穆勒矩阵的全偏振显微镜，其主要依据穆勒矩阵双波⽚旋转测量⽅法[1]，通过在普通显微镜上添加起偏和检偏装置零件，利⽤计算机控制双波⽚旋转并定时采集图像，最后处理图像获取被观测样品的穆勒矩阵。
通过后续对所获偏振图像进⾏分解、变换等处理，我们可以减少样品取向对偏振测量产⽣的影响，更有效的获取样品微观结构信息。
基于穆勒矩阵的全偏振显微镜具有结构简单，测量快速，精度⾼等优点，有良好的开发应⽤前景。
⽂中将详细介绍此种显微镜的原理，计算⽅法，误差校准，并演⽰其在⽣物医学样品的测量结果。
关键词偏振光，显微镜，穆勒矩阵中图分类号 R730.58 ⽂献标志码 A doi 10.11966/j.issn.2095-994X.2015.01.01.13Polarized Light Microscopy Based On Mueller Matrix and its Applications on Biomedical StudiesWANG Ye1,2, HE Honghui1, ZENG Nan1, XIE Jun3, LIAO Ran1, CHANG Jintao1,2, SUN Minghao1,2, MA Hui1,2* Shenzhen Key Laboratory for Minimal Invasive Medical Technologies, Graduate School at Shenzhen,Tsinghua University, Shenzhen 518055, ChinaDepartment of Physics, Tsinghua University, Beijing 100084, ChinaMechanical and Electrical Engineering College, Hainan University, Haikou 570228, ChinaAbstract Polarized light microscopy is widely used in observation of optical anisotropic characteristics of samples. It has been applied to the studies in many fi elds, such as the geology of rocks and minerals, analysis of mural pigment, inspection of textiles, and detection of biological tissues. In biomedical studies, polarized light microscopy can provide rich micro structural information, which can be useful for the detection of abnormal tissues. However, the orientation distribution of anisotropic samples can infl uence the polarization measurement. Recently, we designed a new type of polarized light microscopy based on Mueller matrix imaging method. In this microscopy all the elements of the Mueller matrix are simultaneously determined from the analysis in the frequency domain of the time-dependent intensity of the light beam at every pixel of the camera. The variations in intensity are created by the收稿⽇期：2015-02-09；修回⽇期：2015-03-15作者简介：王晔，硕⼠研究⽣，研究⽅向为偏振散射⽅法在⽣物医学⽅⾯的应⽤，电⼦信箱：ye-wang13@/doc/667048638.html；马辉(通信作者)，教授，博⼠⽣导师，主要研究⽅向包括偏振光散射理论、⽅法和应⽤、光学相⼲断层成像等⽣物医学光学⽅法，电⼦信箱：mahui@/doc/667048638.html引⽤格式：王晔，何宏辉，曾楠,等. 基于穆勒矩阵的偏振显微镜及其在⽣物医学领域的应⽤ [j].世界复合医学.2015,1（1）74—78.* 论著——⽣物医学影像*75王晔等：基于穆勒矩阵的偏振显微镜及其在⽣物医学领域的应⽤光学成像⽅法在多个领域都是不可或缺的重要研究⼯具，然⽽现有的光学⽅法⼤多基于光的强度、波长等⼈眼可见的属性。
基于Mueller_矩阵的水下偏振成像方法
基于Mueller 矩阵的水下偏振成像方法韩平丽, 范颖颖, 杨 波, 刘 飞*, 邵晓鹏(1. 西安电子科技大学 光电工程学院, 陕西 西安, 710071; 2. 西安市计算成像重点实验室, 陕西 西安, 710071)摘 要: 水下偏振成像技术利用目标信息光与背景散射光的偏振特性差异实现清晰成像, 在水下目标探测和识别等领域有重要价值。
但多材质目标表面反射情况和退偏效应存在差异, 无法有效提取上述偏振特性差异。
针对这一问题, 文中提出一种基于Mueller 矩阵的水下偏振成像方法。
利用Mueller 矩阵探测水下场景中的光强信息以及目标物与水体的偏振信息, 精确求解浑浊场景中目标物与背景散射光的偏振度信息, 结合传统水下成像技术构建基于Mueller 矩阵的水下偏振成像方法, 有效分离目标信息光与背景散射光, 提升成像质量, 实现水下多材质目标物的清晰重建。
关键词: 水下目标探测; 偏振成像; 多材质目标; Mueller 矩阵中图分类号: TJ63; U674 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2023)04-0624-09DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0080Underwater Polarization Imaging Based on Mueller MatrixHAN Pingli , FAN Yingying , YANG Bo , LIU Fei *, SHAO Xiaopeng(1. School of Physics and Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China; 2. Xi’an Key Laboratory of Computational Imaging, Xi’an 710071, China)Abstract: Underwater polarization imaging method uses the polarization characteristic difference between the target information light and the backscattered light to achieve clear imaging, which is of great value in the field of underwater target detection and recognition. However, due to the differences in the reflection and depolarization effects on the surface of objects made of diverse materials, the polarization characteristic difference cannot be effectively extracted. To address this issue, an underwater polarization imaging method based on Mueller matrix was proposed. The Mueller matrix was used to detect the light intensity information and the polarization information of the underwater target and the water, and the polarization information of the background scattered light and the target in the turbid water was accurately solved. Combined with traditional underwater imaging methods, an underwater polarization imaging method based on Mueller matrix was constructed to effectively separate the target information light from the background scattered light, improve the imaging quality, and clearly reconstruct underwater objects made of diverse materials.Keywords: underwater target detection; polarization imaging; objects made of diverse materials; Mueller matrix0 引言海洋蕴藏着丰富的石油、天然气等资源, 水下成像技术是进行海洋资源勘测的重要技术手段,深入研究水下成像技术, 对开发海洋资源、监测海洋环境有重要价值。
穆勒矩阵优点
穆勒矩阵优点
穆勒矩阵（Mueller matrix）是描述偏振光与光学系统相互作用的一种数学工具。
它由四个参数构成，并可以通过测量和分析光的偏振状态的变化来获得。
以下是穆勒矩阵的一些优点：
1. 全面描述偏振特性：穆勒矩阵可以提供对光的全面描述，包括偏振态的参数和光学系统对偏振光的影响。
通过穆勒矩阵，我们可以了解光的偏振状态如何随着光学元件的作用而变化。
2. 简洁表示光学系统：穆勒矩阵可以用一个小矩阵来表示复杂的光学系统，将其抽象为一个线性变换。
这样，通过乘法运算，我们可以轻松地将多个光学元件的效果组合起来，并且可以对整个系统进行分析和优化。
3. 基于物理量的分析：穆勒矩阵的参数可以直接与物理量相关联，如反射率、透射率、吸收率、光损耗等。
通过分析这些参数，可以了解光学系统中的能量传输情况，以及不同偏振分量的行为。
4. 具有逆变性：穆勒矩阵具有逆变性，即在光学系统前后添加其他元件时，可以通过简单的矩阵运算来求得整个系统的穆勒矩阵。
这样，我们可以在不同的实验条件下进行快速而准确的预测和分析。
总的来说，穆勒矩阵作为描述光学偏振特性的工具，在光学系统设计、材料表征、光学成像等领域具有广泛应用，并能够提供全面的信息和便捷的分析方法。
【国家自然科学基金】_mueller矩阵_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729
科研热词 mueller矩阵 雷达散射截面积 蒙特卡罗模拟 箔条 矩阵 激光偏振成像 极化 斯托克斯-米勒表述 双旋转波片技术(drrt) 医用光学与生物技术 偏振度 偏振光 主动成像 sinclair
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
科研热词 mueller矩阵 偏振度 退偏器 耦合模理论 米勒矩阵 空域退偏 穆勒矩阵 目标识别 激光偏振成像 液晶调制器 水下物体 晶体双光楔 显微成像 前向散射 全偏振 偏振特性因子 偏振依赖损耗 偏振 倾斜光纤bragg光栅 stokes矢量 mueller矩阵法 monte carol方法
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
科研热词 误差 缪勒矩阵 离散偶极子近似方法 特征提取 特征优选 烟尘簇团粒子 次地表层 极化特征 土壤湿度 半导体光放大器 全极化hrrp 光通信 光控偏振开关 偏振旋转 偏振成像 偏振度 uhe/vhf sar mueller矩阵方法 mueller矩阵
推荐指数 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2014年 科研热词 退偏指数 系统估值 湍流大气 测量 椭圆率 最小二乘法 偏振调制器 偏振度 三级米勒矩阵 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
双波片旋转法穆勒矩阵成像
双波片旋转法穆勒矩阵成像
双波片旋转法是一种常用的光学成像技术，可以通过计算穆勒矩阵来进行图像的重建。
该方法基于双波片在不同角度下的旋转，通过改变入射光的偏振状态，以获得不同的干涉图像。
在这个过程中，使用的光学元件包括两个固定位置的偏振分束器、一个样品、两个可旋转的波片和一个偏振分束器。
穆勒矩阵成像的步骤如下：
1. 将线偏振光通过第一个偏振分束器分成两束相干光。
2. 一束经过样品之前，通过第一个旋转波片，改变光的偏振状态。
3. 经过样品后，光被第二个旋转波片旋转，并经过第二个偏振分束器。
4. 通过两个偏振分束器得到的两束光的干涉图像被记录下来。
5. 重复上述步骤，改变旋转波片的角度，记录不同的干涉图像。
6. 根据不同角度下记录的干涉图像，通过计算穆勒矩阵反推出样品的偏振特性。
7. 根据穆勒矩阵恢复出样品的光学特性，如吸收、散射、偏振旋转等。
双波片旋转法穆勒矩阵成像可以应用在材料科学、生物医学、纳米技术等领域，对材料的光学特性进行研究和分析具有重要意义。
组合波片的椭圆率角测量方法
第39卷第7期 2019年7月
北京理工大学学报 TransactionsofBeijingInstituteofTechnology
Vol.39 No.7 Jul 2019
组合波片的椭圆率角测量方法
程一斌1!!侯俊峰S王东光1
(1.中国科学院国家天文台，北京100101； 2.滁州职业技术学院，安徽，滁州239000)
Abstract: Inorder to accurately measure the ellipticity angle of composite wave plates , a method was proposed based on Mueller matrix. Firstly , a polarization model of the combined wave plate was established. Then , by measuring its Mueller matrix , three parameters , including retardation , fast axis azimuth and ellipticity angle were obtained simultaneously with non-linear fitting. Finally , the ellipticity anglesofthecombinedzero-orderwaveplatewith./4and./2werecalculatedandmeasuredrespectivelyby using the Mueller matrix ellipsometry system. The results show that the fitting error based on this method can achieve within 0. 004 , and the ellipticity angle and fast axis can achieve within 0. 004. The measurement erorofazimuthangleis0.11°andthatofphasedelayis0.22°>Itisalsofoundthattheelipticityangleand fastaxisazimuthofthecombinedzero-order waveplateoscilate with wavelength andtheoscilation amplitudesofthecombinedzero-orderwaveplateare1°and0.4°respectively>Thismethodissuitablefor ellipticity angle measurement of arbitrary combined wave plates and has a wide application range. Key words： ellipticity angle； Mueller matrix； zero-order retarder； polarization measurement
一种全偏振参数的显微测量系统
一种全偏振参数的显微测量系统李宇波;李世博;陈伟坚;曾宇骁;杨建义【摘要】本文设计了一种用于Mueller矩阵测量的全偏振参数显微镜测量系统.该测量系统以液晶调制器键合于偏振分束棱镜表面的模块为核心器件,实现了以10次光强获取为周期的Mueller矩阵参数测量功能,能够方便地实现Mueller矩阵中全部参数图像的实时测量,比前人设计系统的测量效率有很大提高.基于该系统,本文进行了Mueiler矩阵快速调制测量方案的具体设计,并给出了测量结果.论文还对该系统进行了测量误差的分析,实验结果及误差分析表明,系统的相对测量误差能够控制在2%以内.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2010(037)012【总页数】5页(P41-45)【关键词】全偏振;Mueller矩阵;显微成像;液晶调制器【作者】李宇波;李世博;陈伟坚;曾宇骁;杨建义【作者单位】浙江大学,微电子与光电子研究所,杭州,310027;浙江大学,微电子与光电子研究所,杭州,310027;浙江大学,微电子与光电子研究所,杭州,310027;浙江大学,微电子与光电子研究所,杭州,310027;浙江大学,微电子与光电子研究所,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TN290 引言随着生物医学研究的发展，研究者发现大多数的生物组织具有内在结构的光学各向异性[1]。
该属性的测量对识别细胞物理特异性，对细胞生理状态的研究、分析与识别具有巨大的潜在价值[2]。
目前，国际上公认的获得生物组织偏振特性的最好方法是测量其Mueller矩阵[3]。
它的16个矩阵元素不仅包含生物细胞的尺寸、形状等有关结构信息，还反映生物细胞的生理状况，被喻为表征生物组织光学特性的“指纹”[3]。
但是，目前测量Mueller矩阵的方法是多次改变入射光偏振态，以此建立多个线性方程并组成线性方程组，然后求解Mueller矩阵元素[4-6]。
因此，实际的应用中，光源状态改变次数越多，测量周期相对就越长，无法满足对细胞变化的过程研究需求。
基于双波片的偏振调控和偏振测量技术
基于双波片的偏振调控和偏振测量技术李亚红;付跃刚;贺文俊;刘智颖【期刊名称】《红外与毫米波学报》【年(卷),期】2017(036)004【摘要】针对双波片偏振调控结构,基于Stokes-Mueller矩阵偏振算法,对双1/4波片和双1/2波片的偏振调控机理作了详尽的理论分析,得出调控偏振态与双波片快轴方向之间的关系,并追迹其在庞加莱球上的运动轨迹,基于双波片调控结构搭建偏振测量系统,根据入射和出射Stokes矢量构建了投影关系矩阵算法,完成了待测元件Mueller矩阵的测量,并分析了波片的快轴方向误差和位相延迟误差对Mueller矩阵测量结果以及对出射偏振态调控精度的影响.分析结果表明:波片的快轴方向误差控制在±2°内,位相延迟误差不大于λ/300时,Mueller矩阵的最大测量误差为0.040 2,波片自身误差对测量结果的影响可以忽略不计;波片自身误差所引起的方位角误差不大于0.16rad时,快轴方向误差引起的椭率角误差最大不超过0.032 rad,位相延迟误差导致的椭率角误差小于0.015 rad,且对偏振度无影响.%Based on the Stokes-Mueller matrix polarization algorithm,the polarization control mechanism of a biplate that consists of double quarter wave-plates or double half wave-plates was analyzed in detail.We have derived the analytical relations between the modulated polarization state and the fastaxis direction for the biplate.The movement trajectory of modulated polarizati on state on the Poincaré sphere was obtained.Which helps us to propose a polarization control measurement system using a biplate to complete the measurement of the Mueller matrix based on theprojection matrix algorithm for the incident and exiting Stokes vectors.The polarization control accuracy for the exiting Stokes vector was also analysed.For a biplate that the error along the fast axis direction is ± 2 ° and the retardance error is λ/300,the maximum measurement error of Mueller matrix is 0.040 2.When the azimuth error caused by the error of the biplate is less than 0.16 rad,the elliptic angle error caused by the fast axis direction is not more than 0.032 rad,the ellipsometry error caused by the retardance is less than 0.015 rad,and it h,as no influence on the degree of polarization.【总页数】7页(P425-431)【作者】李亚红;付跃刚;贺文俊;刘智颖【作者单位】长春理工大学光电工程学院,吉林长春 130022;长春理工大学光电工程学院,吉林长春 130022;长春理工大学光电工程学院,吉林长春 130022;长春理工大学光电工程学院,吉林长春 130022【正文语种】中文【中图分类】O436.3【相关文献】1.偏振光经过1/4波片后偏振态的变化 [J], 王薇;谢宇;许璐璐2.基于偏振干涉滤光片的宽波带偏振方向旋转器的设计 [J], 胡翔宇;熊静懿;贺银波;曾广杰;余飞鸿;郭海成3.线偏振光通过多个任意厚度波片的偏振态 [J], 任树锋;王秀霞4.偏振光经1/4波片后偏振态变化——大学物理教学内容改进设计 [J], 杜嘉萍;李曼华;朱明建5.利用非1/4波片将椭圆偏振光转换为线偏振光的理论及实验研究 [J], 杨晓冬;于军;李天乐;钟远聪;温建平;邓定南因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
The identity matrix
Measured Mueller matrices for a calibration (no sample)
compensated Mueller matrix for no sample
Kiyoshi ICHIMOTO, Kazuya SHINODA, Natl. Astron. Obs. Japan Vol. 9. 11–19 (2006)
Matthew H. Smith, SPIE, 2002
两波片转速比为1/5（3度和15 度）, 初始相位均为0度，测120 次。求得条件数与波片延迟之间 的曲线图。得到延迟为127度时， 条件数最小为21.延迟为90度时， 条件数比较大。
初始相位均为0度，波片延迟为127 度，测120次。求得条件数与两波片 转数比之间的曲线图。可见，转数 比为1:1,2:1,3:1,4:1时为奇异矩阵， 且5:1,5:2,5:3 以及更高时，条件数 几乎不变为21。由于5:1时所得到的 频率最低，故旋转转数为5:1.
双旋转波片Mueller矩阵测量系统 的理论分析
报告人： 侯俊峰 指导老师：王东光
2009.9
研究目的：
拟建立一套能够对磁分析器精密定标的实 验室检测设备，在此基础上完成对磁分析 器的定标。磁分析器的测量精度主要决定 于该设备的检测精度，因此该系统的校准、 系统误差、检测精度是研究的重点。
主要内容：
Weak polarization element （a Lens） Strong polarization element (linear polarizer, right hand circular polarizer, and left hand circular polarizer)
第三部分 下一步工作
D.H. Goldstein and R. A. Chipman, J.Opt.Soc.A,1990
二、方位角和延迟的误差分析
五个误差参数
Note: 两波片的 相位延迟均为90 度！
基准，零度
延迟误差，方 位角误差
延迟误差，方 位角误差
方位角 误差
分析方法：
D.H. Goldstein and R. A. Chipman, J.Opt.Soc.A,1990
• Third, in the routine use of the polarimeter, the systematic errors in the Fourier coefficients arising from the imperfections are compensated for by using the error-compensated equations with experimentally determined error values to obtain the errorcompensated sample Mueller matrix elements as a function of measured Fourier coefficients.
优点：电脑控制，误差较小，且测量时间可以根据探测器响应周期决定。探 测器响应愈快，测量时间可以很短。
第二部分 误差分析
问题：
1. 如何确定两波片的转速比 n1/n2 2. 系统误差及其影响（对于矩阵影响很大，尤其是高精度测量） 3. 方位角和延迟的误差分析（公式推导） 一、 条件数的引入
探测强度I的微小变化可能导致M 矩阵较大的误差，如何求得稳定 的W矩阵极其重要。因此引入条 件数的概念。条件数越小系统越 稳定。（要求det(W) ≠0）
1.2 三种方法比较
法一：直接测量
P.S. Hauge, J. Opt. Soc. Am, 1978
原理：调整两波片的方位角，使A和P各获取4个线性无关的Stokes矢，从而 得到16个以M各元素为未知数的线性无关方程组。解方程组，求得M矩阵。
缺点：手动调整，不方便且误差大，测量时间长。
法二： 半自动测量 原理： 一波片（R1）以一定的角速度旋转，另一波片（R2）固定。R2每转 动一个方位后，固定R2，R1旋转，探测器以一定频率接收。多次转动R2，探 测得到一系列M元素的线性方程组，由最小二乘法可求得M。 缺点：R2需要手动调整，误差较大，测量周期也较长。 法三： 全自动测量（双旋转波片Mueller矩阵测量系统）
Error compensation：
D.H. Goldstein, Applied Optics,1992
• First, the polarimeter is operated with no sample and Fourier coefficients obtained from the measured modulated intensity. • Second, using error-compensation equations with matrix elements of the identity matrix inserted for the Mueller matrix elements, calculate the errors in the element orientations and retardances.
• 双旋转波片Mueller矩阵测量系统的基 本原理 • 误差分析
• 下一步的工作
第一部分： 基本原理
1.1基本原理
测量系统示意图
理想情况下： 令：
Azzam, R.M.A, Optics Letters, 1978
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
易得：I的Fourier系数是M中 各个元素的线性函数。Fourier 变换求得各个系数，然后通过 一系列的线性方程组求得M的 所有元素。