Поляризационные методы исследования биологических тканей

Проект посвящен исследованию поляризационных параметров излучения и их изменению при прохождении сквозь неплоские линзовые компоненты при исследовании биологических образцов. В работе рассматриваются методы описания процесса прохождения излучения, разрабатывается экспериментальная установка для исследования и описывается алгоритм расчета поляризационных параметров для составления математической модели процесса.

Целью настоящей работы является исследование поляризационных свойств элементов оптических схем приборов с формой преломляющих поверхностей, отличной от плоской, а именно исследование теоретических вопросов прохождения поляризованного излучения через зеркально-линзовые компоненты.
Для того чтобы выполнить поставленную цель, необходимо решить следующие за-дачи:
1. Провести анализ результатов современных зарубежных и отечественных исследований в плане описания преобразования поляризованного излучения при его прохождении через линзовые и зеркально-линзовые компоненты.
2. Выбрать способ описания поляризационных параметров излучения при про-хождении зеркально-линзовых систем.
3. Выполнить разработку структурной схемы экспериментальной установки преломления поляризованного излучения неплоскими границами раздела сред.
4. Разработать устройство и методику измерения поляризационных параметров излучения, преломленного произвольно ориентированными оптическими си-стемами.
5. Составить методику расчета влияния зеркально-линзовых систем на поляризационные параметры и структуру излучения при преломлении неплоскими границами раздела сред.

Современная биология располагает большим разнообразием методов, позволяющих изучать структуру и функции живых клеток. К перспективным методам обнаружения изменений состояния веществ относят использование поляризационных приборов. Данный способ исследования представляется наиболее безопасным, так как не предполагает контакта с  образцом. Некоторые прикладные задачи (исследование биологических структур в контроле качества пищевой продукции, в диагностике заболеваний) могут быть решены путем изучения поляризационной структуры излучения. Однако, при прохождении излучения сквозь линзовые системы, структура волны меняется, что приводит к погрешностям, не учитываемых при снятии результатов исследованиях.

В настоящей работе использовались материалы исследований по вопросам измерения поляризационных параметров излучения и устранения шумовой составляющей данных параметров. Работа велась по двум направлениям: экспериментальному анализу и теоретическому исследованию. Так, разработав экспериментальную установку для измерения поляризационных параметров, было возможно пранализировать характер изменения излучения при прохождении линзовых компонентов. С помощью собранной теоретической базы возможно описать данные изменения. 

В результате работы были выполнены следующие этапы:
1. Проеден обзор современных источников.
2. На основании обзора был выбран наиболее оптимальный метод описания преобразования поляризованного излучения с помощью матричных методов, основываясь на параметрах Стокса.
3. Согласно данному методу, разработана и реализована экспериментальная установка для измерения поляризационных параметров излучения, а также составлена методика измерения.
4. Составлена методика расчета влияния зеркально-линзовых систем на поляризационные параметры и структуру излучения при преломлении неплоскими границами раздела сред.

Для пересчета снятых данных с экспериментальной установки в параметры Стокса, была сформирована программа в среде LabView. В ходе работы была проведена серия экспериментов на установке с рядом линз. Было выявлено, что при смещении линзы относительно оптической оси системы приводит к переносу энергетического центра излучения. 

Также, в работе был представлен способ компенсации вносимых линзой отклонений в излучение. Для этого целесообразно использовать лестничные обхективы. Дифракционные поверхности этих линз состоят из кольцевых зон плоских поверхностей; сечение линзы выглядит как лестница, которая описывает круглый профиль с шагом одинаковой высоты. 

1. Поляризационная оптика: учебное пособие для вузов/ Ищенко Е.Ф., Соколов А.Л. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 336 с.
2. Pedro Latorre, Francisco J. Seron, Diego Gutierrez. Birefringence: Calculation of Refracted Ray Paths in Biaxial Crystals/ The Visual Computer, Volume 28, Issue 4, pp 341-356, 2012/
3. Berry, M.V., M. Dennis. The optical singularities of birefringent dichroic chi-ralcrystals/ Proc. R. Soc. Lond. A459, 1261 – 1292, 2003
4. Ламекин П.И., Предко К.Г. Изменение поляризационной структуры осевых пучков поляризованного света линзовыми системами // Оптика и спектроскопия. - 1986. - Т. 6О. - Вып. 1. - С. 137-140.
5. Ламекин П.И., Предко К.Г. Особенности работы линзовых систем в услови-ях квази-монохроматического освещения // Оптика и спектроскопия. - 1986.- Т. 61.- Вып. 3. - С. 631-635.

The project is dedicated to the study of the polarization radiation parameters and their changing during passing through non-planar lens component in the study of biological samples. The paper deals with methods of describing the passage radiation process, developed an experimental setup for the study and describes the algorithm for calculating the polarization parameters of the process for drawing up a mathematical model.