[发明专利]一种全偏振快速动态斯托克斯成像的方法

说明书

本发明公开了一种全偏振快速动态斯托克斯成像的方法，包括以下步骤：1)将样品放在立式装置的样品台上；2)光源发出的光线经过偏振片和第一1/4波片进行偏振调制，调制为一种特定的偏振态垂直入射到样品表面；3)经过样品散射后的散射光经过第二1/4波片和偏振片后被CCD采集，CCD对第二1/4波片的每一个旋转角度进行拍照；4)使用至少连续5幅图像计算这一时间段的斯托克斯矢量，并依次后移所需图像的编号，不断用后来新增的图像信息替代掉最初的图像进行斯托克斯矢量的计算，实现在一段时间内对动态样品进行连续均匀的斯托克斯成像。本发明方法可以快速测量样品的斯托克斯矢量，适用于动态样品的监测。

技术领域

本发明涉及快速偏振光学检测技术领域，特别是一种适合动态样品监测的斯托克斯快速测量的方法和装置。

背景技术

随着偏振光学器件、探测仪器的日益成熟以及数据处理能力的提升，偏振测量作为一种非接触、无损伤但是具有高分辨率的测量方法，已经广泛用于大气颗粒物识别、海洋生物识别以及生物医学领域。偏振对于微观结构敏感，现常通过穆勒矩阵测量来获取样品的微观属性。穆勒矩阵反映了组织的退偏、双折射、各向异性等很多特性，但是由于穆勒矩阵的测量时间一般在2min左右，不适合动态样品的监测，而斯托克斯矢量作为穆勒矩阵的基础，同样反映了样品的偏振信息，而且可以大幅度的缩短测量时间，可以实现对动态样品的实时连续的监测。

斯托克斯在静态样品的测量上展现了很好的应用，但还没有应用在动态样品的成像上，特别是观察样品的微观结构在生物变化过程中的改变。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是为了解决动态生物样品的斯托克斯成像的问题，提出了一种基于斯托克斯快速测量的方法和装置，可实现监测在一个动态的生物变化过程中微观结构的变化，反映样品的特征。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全偏振斯托克斯矢量成像方法，包括以下步骤：1)将样品放在立式装置的样品台上；2)光源发出的光线经过偏振片和第一1/4波片进行偏振调制，调制为一种特定的偏振态(此装置的入射偏振态是可以根据样品特性进行调整的，可以以水平线偏、45度线偏、垂直线偏、135度线偏、右旋圆偏或者的左旋圆偏入射)垂直入射到样品表面；3)经过样品散射后的散射光经过第二1/4波片和偏振片，CCD对第二1/4波片的每一个旋转角度进行光强信息采集(第二1/4波片每旋转一个角度，CCD获取一幅图像)；4)使用至少连续5幅图像计算这一时间段(即CCD采集5个角度的图像的时间，用的是第二1/4波片转了5个角度CCD拍到的5张图像进行计算的)的斯托克斯矢量，并依次后移所需图像的编号，不断用后来新增的图像信息替代掉最初的图像进行斯托克斯矢量的计算，通过调节递推速度可调节斯托克斯向量的刷新率(比如，用1-5、2-6、3-7……这样计算，提高斯托克斯图像的刷新率，这样只间隔一个的递推是比较快的方法；如果用例如1-5、4-8……这样，间隙三个的递推，刷新速度要比前者慢一些)，实现在一段时间内对动态样品进行连续均匀的斯托克斯成像(即计算得到斯托克斯矢量。因为CCD采集的是二维图像，每一个像素点都可以计算斯托克斯，所以最后的斯托克斯计算出来也是二维的，故也称为图像)；5)后续可以分析样品的斯托克斯矢量以及进一步反演出来的其他偏振参数，从而获取更多样品的属性。具体实验装置图如图1所示。

所述装置整体是一个立式装置，中间设有样品台，可以呈放样品，特别适用于带有组织培养液的生物组织，在连续监测的过程中不需要移动样品，确保了成像区域不变。

所述装置的起偏装置由一个偏振片和一个1/4波片构成，可调制成水平、垂直、45°和135°线偏光入射以及左右旋圆偏光六种不同的偏振光入射样品，在确定入射光的偏振态后，起偏装置中的偏振片和1/4波片都固定不动。