基于数字全息显微技术的双折射分布测量研究

论文摘要

双折射是一种描述材料分子结构的光学特性,两束正交偏振光在介质中的传播速度不同,导致正交偏振光之间存在相位差,由此得到该介质的双折射。通过测量物质的双折射,可以研究物质的结构变化以及分析物质的相关特性。因此,双折射的测量在生物光学、光纤通信、光纤传感等诸多领域有着重要的应用。本文采用偏振敏感数字全息显微技术来构建双折射测量光路系统,用于生物组织和特种光纤双折射测量。主要研究内容包括以下几个方面:本文提出了采用偏振敏感数字全息显微技术的生物组织双折射测量方法,构建了生物组织双折射测量系统。该系统在马赫曾德干涉仪的基础上通过四分之一波片和偏振片控制入射光的偏振状态,由CCD记录膀胱组织在不同偏振态下的离轴干涉全息图。针对膀胱组织内部复杂结构导致的频谱混叠问题,采用结合了菲涅尔空域重建和频域角谱算法的混合再现算法得到待测组织的再现物光波,基于最小二乘法获得膀胱组织在不同偏振状态下的真实相位分布。数据表明膀胱组织是偏振敏感性的,具有各向异性。通过正常和癌变膀胱组织在两个正交偏振状态下的数字全息图分别得到正常和癌变膀胱组织的相位分布,结合正交偏振光之间的相位差与双折射的关系,得到正常与癌变膀胱组织的双折射分布。数据表明癌变膀胱组织的双折射高于正常膀胱组织,且癌变膀胱组织的边界比正常膀胱组织的边界更模糊且分散,所以该技术为表征生物组织内部结构变化提供了新方法。本文提出了采用偏振敏感数字全息显微技术的光纤双折射测量方法,构建了特种光纤双折射测量系统研究特种光纤的双折射。通过旋转被测光纤,分别记录两个正交偏振态下光纤不同角度的数字全息图,基于角谱再现算法得到相位分布,再利用滤波反投影算法还原出待测光纤在两个正交偏振态下的各自的折射率,进而得到光纤的双折射。本文测量了蓝宝石光纤、领结型、椭圆型、熊猫型等保偏光纤的双折射,结果表明蓝宝石光纤纤芯处的双折射较大,不同类型保偏光纤在应力区的双折射均大于纤芯、包层处的双折射。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 双折射测量方法及研究现状
•     1.2.1 生物组织双折射测量方法及研究现状
•     1.2.2 特种光纤双折射测量方法及研究现状
•   1.3 课题研究内容及主要创新点
•   1.5 章节安排
•   1.6 课题来源
• 第二章 基于数字全息的折射率测量原理
•   2.1 数字全息显微成像技术的基本原理
•     2.1.1 数字全息显微成像技术概述
•     2.1.2 数字全息图的记录原理
•     2.1.3 数字全息图的记录条件
•     2.1.4 数字全息图的再现原理
•   2.2 数字全息的数值再现算法
•     2.2.1 菲涅尔再现
•     2.2.2 角谱再现
•     2.2.3 空频域结合的混合再现算法
•   2.3 基于数字全息的折射率测量原理
•     2.3.1 马赫曾德干涉系统
•     2.3.2 基于滤波反投影算法的折射率测量原理
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于偏振敏感数字全息技术的生物组织双折射测量研究
•   3.1 基于偏振敏感数字全息技术的生物组织双折射测量方法
•     3.1.1 生物组织双折射测量原理
•     3.1.2 生物组织双折射光路测量系统
•   3.2 正常和癌变膀胱组织的偏振敏感性
•     3.2.1 膀胱组织样品制备
•     3.2.2 膀胱正常组织的相位分布提取与偏振敏感性
•     3.2.3 膀胱癌变组织的相位分布提取与偏振敏感性
•     3.2.4 正常和癌变膀胱组织的相位分布比较
•   3.3 正常和癌变膀胱组织的双折射分布
•     3.3.1 膀胱正常组织的双折射分布
•     3.3.2 膀胱癌变组织的双折射分布
•     3.3.3 正常和癌变膀胱组织的双折射比较与分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于偏振敏感数字全息技术的特种光纤双折射测量研究
•   4.1 基于偏振敏感数字全息技术的特种光纤双折射测量方法
•     4.1.1 特种光纤双折射测量原理
•     4.1.2 特种光纤双折射测量系统
•   4.2 特种光纤的折射率分布与双折射测量
•     4.2.1 蓝宝石光纤的折射率和双折射分布
•     4.2.2 领结保偏光纤的折射率和双折射分布
•     4.2.3 熊猫保偏光纤的折射率和双折射分布
•     4.2.4 椭圆保偏光纤的折射率和双折射分布
•   4.3 不同特种光纤的双折射比较与数据分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
• 作者在攻读硕士学位期间所参加的科研项目
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王佳雯

导师: 黄素娟

关键词: 数字全息,双折射,偏振敏感,生物组织,特种光纤

来源: 上海大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 上海大学

基金: 国家自然科学基金项目:“基于数字全息的光纤三维折射率分布测量研究”(61178088)和“无旁瓣光学涡旋阵列的研究”(61475098)

分类号: O435.1;TN26

DOI: 10.27300/d.cnki.gshau.2019.000329

总页数: 76

文件大小: 5496K

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