1 江苏大学理学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为了研究白细胞对偏振光的散射特性, 运用几何光学近似理论修正偏振光传输的斯托克斯-穆勒矩阵元, 基于偏心球模型数值模拟了两束偏振化方向互相垂直的偏振光入射时, 不同形状、大小、折射率的无粒白细胞的散射光强空间分布以及散射特性与细胞结构的关系。不同条件下偏振光散射三维分布图像呈现不同的条纹特征, 表明分布规律与细胞模型的形体参量和光学参量具有相关性。散射光强的差值、比值、差和比的分析结果表明, 偏振光的后向散射反映了细胞内部更丰富的结构信息和光学信息。
生物光学 细胞分析 光散射 偏振光 穆勒矩阵 几何光学近似 中国激光
2017, 44(10): 1007001
1 江苏大学理学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
研究光在生物组织中的传输过程时需要更精确的散射相函数, 这就需要研究细胞核对相函数的影响。基于几何散射逼近理论修正了单一分散系有核细胞的Mie相函数、不对称因子g和二阶参量γ; 分析了有核细胞形态及光学参量对Mie相函数角分布和Airy峰数的影响; 对g和γ随入射光波长、细胞尺寸、核质比和折射率的变化规律进行了数值模拟。结果表明：Mie相函数分布、Airy峰数、g和γ不仅与细胞的大小有关, 而且与细胞核占比及折射率有关, 不能忽略细胞内部光学结构的影响。与HG相函数相比, Mie相函数能够描述侧后向散射特征, 更准确地计算g和γ, 为研究细胞的免标记识别方法以及激光在生物组织中的传输特性提供了进一步的理论支持。
生物光学 散射相函数 不对称因子 二阶参量 有核细胞 几何散射逼近
Author Affiliations
Abstract
1 School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
2 Faculty of Science, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
A derivative method for phase retrieval in two-step phase-shifting interferometry (PSI) with a blind phase shift is proposed in this Letter. By numerically calculating the first-order and second-order derivatives of two PSI images, one can directly determine the phase shift and then obtain the quantitative phase image. We illustrate the method with both a theoretical analysis and some simulations of an average-sized red blood cell in different interferometry recording modes. From the results, the validity, accuracy, as well as efficiency of this method are verified. Moreover, this method can be applied to any quantitative phase imaging, including on-axis, off-axis, and slight off-axis interferometry.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21001
1 江苏大学理学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
相位显微成像技术在生物细胞形态观察和类别识别中有着重要的应用。基于稳定性强的共光路系统，提出了一种利用反射镜将光束一分为二，然后重叠，产生共光路干涉的方法，该方法利用光束的几何放大作用，免加载显微物镜，即可将干涉图像放大在成像屏上，且通过调节反射镜的角度，实现同轴、离轴和微轻离轴相位显微成像，对图像进行相位恢复处理后，可了解相位样品的形态结构，理论和实验结果表明该方法可行，为生物细胞相位显微成像新技术的开发研究提供了一种方法。
显微 相位成像 生物细胞 共光路 激光与光电子学进展
2015, 52(12): 121702
1 江苏大学机械学院，江苏 镇江 212013
2 江苏大学理学院，江苏 镇江 212013
基于光流控技术对细胞分析仪器的重要应用，针对三叉型结构光流控的三维（3D）聚焦能力不足的现状，对传统结构的聚焦能力进行了动态分析，探明了影响3D聚焦能力的因素，设计了一种适用于白细胞光学检测的高效三维聚焦微流控通道结构。该结构应用两侧鞘液流的夹流，实现样本流的二维聚焦，通道内新增的凹陷实现样本流的第三维聚焦。通过聚焦面积、速度分布和粒迹分布的动态仿真实验，对所设计结构下的3D聚焦效果进行了对比分析，其结果表明所设计的结构具有更好的3D聚焦效果，这对于光流控芯片在细胞分析仪器中的开发和应用具有很好的潜在应用价值。
生物光学 光流控 细胞 三维聚焦 结构 光学学报
2015, 35(s2): s217001
1 江苏大学理学院， 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械学院， 江苏 镇江 212013
5类白细胞的识别与分析在临床医学和生命科学研究中有着极其重要的应用意义。近年来数字相位显微技术在红细胞的显微观察方面得到了突破性的发展。而白细胞由于其光学相位体结构的特殊性，相位显微方法的应用存在着一定困难。分析了5类白细胞的光学特征，建立了光学模型，并应用虚拟仿真技术研究了其相位分布特征，通过相位分布特征与白细胞类别关系的分析，发现白细胞在相位成像过程中，相位分布特征不仅仅由干涉而成，而且与细胞核的散射相关，但是存在着一定的可确定性。
显微 白细胞 识别 光学模型 相位分布特征
1 江苏大学 a.机械工程学院
2 b.理学院, 江苏 镇江 212013
3 江苏大学 b.理学院, 江苏 镇江 212013
相位显微技术, 作为一种非侵入式无损伤的生物细胞检测及研究工具, 受到了广泛的关注。从定性和定量两个方面综述了生物细胞相位显微技术的研究现状, 具体介绍了定量全场相位显微技术的新进展。在此基础上, 指出了现有生物细胞相位显微技术有待改进的一些共性问题, 并预测了该技术的发展趋势。
显微技术 细胞检测 相位成像 数字全息 microscopy cell detection phase imaging digital holography
从白细胞形体结构的特点出发，建立了单核细胞的双层偏心球模型。基于米氏散射理论和电磁波界面传输理论，应用几何散射逼近方法得到了单核细胞的散射光复振幅函数，其数值计算结果与运用有限元方法计算的VirtualLab虚拟仿真结果一致。数值计算的结果表明散射光强的角分布出现了3种不同频率的光强调制。分析了这3种调制出现的物理机制，指出调制特性与细胞的形体参数及光学参数之间的关系：低频调制在细胞大小尺度内无变化；次低频调制与细胞的相对折射率和核质比有关；高频调制的缺失与相对折射率和入射取向有关。并且指出了在细胞核紧贴细胞的情况下会有调制畸变现象出现。这些结果为单细胞的精细光学检测和鉴别技术的提高提供了理论依据。
生物光学 光散射 白细胞 光强调制 几何散射逼近 中国激光
2011, 38(11): 1104001
综述了近年来应用光学技术对细胞形态进行检测的新进展。简单介绍了包括图像识别技术、荧光显微技术在内的传统检测技术的最新进展,重点介绍了基于数字全息技术发展出的各种新型相位显微技术和其他新技术的最新发展动态。分别对傅里叶相位显微(FPM)、希尔伯特相位显微(HPM)的原理、技术特点及其成果进行了详细介绍。最后预测提出基于数字全息的细胞相位模式识别是细胞检测技术未来发展的趋势。
生物光学 光学检测 特征分析 细胞 激光与光电子学进展
2010, 47(7): 071701
1 江苏大学 理学院,江苏 镇江 212013
2 江苏大学 机械学院,江苏 镇江 212013
3 江苏大学 基础医学与医学技术学院,江苏 镇江 212013
为了研究飞秒激光诱导水光学击穿阈值随激光脉冲参数的变化关系,采用四阶Runge-Kutta方法对飞秒激光诱导水光学击穿的椭球体模型进行了不同脉宽(40~540 fs)、波长(400~1 200 nm)和光斑尺寸(0~200 μm)下的数值模拟。通过控制变量法得出阈值光强与这些激光脉冲参数的关系曲线图,据此定性分析了阈值光强与激光脉冲参数的变化特征趋势。应用光强与功率、能量、辐照曝光量和电场强度之间的关系,得到了它们随激光脉冲参数脉宽、波长和光斑尺寸的动态关系,这为进一步研究飞秒激光与水和含水介质的相互作用提供了理论依据。
飞秒激光 击穿阈值 Runge-Kutta方法 水 femtosecond laser breakdown threshold Runge-Kutta method water
