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混浊介质后向漫散射穆勒矩阵的测量

作　者: 胡锐
导　师: 骆清铭
学　校: 华中科技大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 后向漫散射穆勒矩阵偏振成像混浊介质斯托克斯矢量
分类号: R311
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

当把一束准直的偏振光束聚焦,垂直入射到介质表面时,测量入射点周围区域的后向漫散射光偏振态和强度的空间分布模式,分析区域内每点的位置与该点的后向漫散射光偏振态、强度的函数关系,就可以确定介质的约化散射系数和吸收系数等光学特性参量。进一步分析,还可以获得介质的各向异性因子和散射粒子平均大小等信息。当入射光的偏振态不同时,混浊介质的后向漫散射光的强度空间分布模式也不同。因此引入穆勒矩阵形式可以全面的描述混浊介质的后向漫散射特性,通过穆勒矩阵可以计算出任意偏振态入射光情况下,混浊介质的后向漫散射光的斯托克斯矢量。本文对混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵的测量进行研究,主要内容包括: 借用斯托克斯矢量-穆勒矩阵这种数学形式来描述偏振光束和混浊介质的后向散射特性,并结合庞加球阐述了这种形式的物理意义。通过穆勒矩阵运算推导出任意光束的斯托克斯矢量测量方法,然后在光的斯托克斯矢量测量的基础上,完成穆勒矩阵的测量原理的推导。基于推导出的测量原理设计并实现了一套实验系统用于测量混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵。在系统中,激光被调制成所需偏振态,聚焦于混浊介质表面。然后利用CCD 相机配合相应的偏振元件,测量入射点周围区域的后向散射光中特定偏振态的能量空间分布,并由测量值计算出介质的后向漫散射穆勒矩阵。从光路、光源和CCD 相机三个方面对系统的各部分性能进行了详尽的分析,并利用系统分别对消偏振分光棱镜的反射穆勒矩阵和浓度1.5%的脂肪乳溶液的后向漫散射穆勒矩阵进行了测量。实验证明,本系统不仅能够有效地分离混浊介质的漫后向散射光和表面镜面反射光,排除镜面反射光的干扰,而且测量得到图像中所有点均由介质的漫后向散射光所成像得到,不存在无效像素。在消除测量中散斑的负面影响时,延长CCD 相机曝光时间地办法也被实践证明是非常有效的。因此利用本实验系统能够准确地测量混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵,且能够用于生物组织的偏振特性的研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究背景  7-10
  1.2 国内外研究状况  10-11
  1.3 本文内容与结构  11-13
2 混浊介质后向漫散射穆勒矩阵测量方法的理论推导  13-24
  2.1 穆勒矩阵和斯托克斯矢量  13-20
  2.2 穆勒矩阵测量方法的理论推导  20-23
  2.3 本章小结  23-24
3 混浊介质后向漫散射穆勒矩阵测量系统的实现  24-38
  3.1 光路的设计  24-31
  3.2 数据采集与处理  31-36
  3.3 本章小结  36-38
4 混浊介质后向漫散射穆勒矩阵测量系统的性能分析  38-46
  4.1 系统的性能分析  38-41
  4.2 系统的模型实验验证  41-45
  4.3 本章小结  45-46
5 总结与展望  46-48
  5.1 总结  46-47
  5.2 展望  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-53
附录1 攻读学位期间发表的论文目录  53

混浊介质后向漫散射穆勒矩阵的测量

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