含葡萄糖的混浊液后向散射特性的Mueller矩阵实验研究(2)
息。
一般来说，用光学方法对葡萄糖浓度测量，更习惯从出射光的强度、频率、相位
和光谱等角度着手 ， 研究光进出前后的信息改变 。 而随着研究的逐渐深入 ， 光的散射
偏振特性也越来越受到重视 。 在组织光学中 ， 散射光的偏振退化 、 偏振分量之间的转
换 、 自然光散射后偏振分量的出现都是反映葡萄糖溶液结构的信息源 。 由于葡萄糖溶
液的后向散射光中的光子经历了有限次散射 ， 当以偏振光入射时 ， 后向散射光在携带
了葡萄糖溶液内部信息的同时也具有较好的保偏性 。 由此 ， 便能通过对后向散射光的
测量来获得葡萄糖溶液的偏振特性。
1.1.2 Mueller 矩阵的研究进展
在早期的研究当中 ， 研究者们是通过改变入射光的偏振状态 ， 然后测量出射光的偏振态来分析葡萄糖溶液等混浊介质的特性 。 近年来 ， 对散射介质 Mueller 矩阵的实
验测量越来越引起人们的注意 ， 因为 Mueller 矩阵能够完整地表征葡萄糖溶液等混浊
介质的偏振特性 。 通过分析 Mueller 矩阵的变化 ， 可以确定葡萄糖溶液等浑浊介质内
部结构或其它生理状态的变化，从而可以实现光学的无创伤诊断。
理论研究方面， M.J.Rakovic 等人首次将基于 Stokes-Mueller 方程的矢 量
MonteCarlo 模拟方法用于研究聚苯乙烯微球粒子悬浮液偏振光后向扩散散射的有 效
Mueller 矩阵 [6]
。 M.Xu 的电场 MonteCaro1(EMC) 模拟算法不仅可以跟踪光子的偏振状
态 ， 而且可以考虑光子的相位变化过程 。 他的后向扩散散射有效 Mueller 矩阵模拟结
果考虑了光的相干性 [7]
。 L.H.Wang 领导下的研究小组最引人注目 ， 他们的工作主要有
以下一些 [8 ～ 12]
。对偏振光在双折射性介质中的后向扩散散射进行了 MonteCarlo 模拟 ，
讨论了介质双折射性对后向扩散散射有效 Mueller 矩阵的影响 。 在单散射近似下模拟
了手性介质 ( 葡萄糖 ) 的偏振光后向扩散散射 ， 讨论了介质的旋光性对后向扩散散射有
效 Mueller 矩阵的影响。完成了飞秒激光入射时的 Monte Carlo 模拟算法，得到了时
间域上的后向扩散散射有效 Mueller 矩阵 ， 通过时间门的选择 ， 可以分析生体组织不
同深度下的结构。他们的模拟结果得到了实验的支持。在国内，王淑萍和谢树森 [13]
讨论 了 MonteCarl o 算法被用来模拟在各种情况下二 文 Stoke s 矢量 和 Muelle r 矩阵的
光传输特点 ， 他们认为要考虑不同的偏振光 ， 组织光学参数和边界 Fresnel 矩阵等条
件，才能计算出后向散射和透射的 Stokes 矢量和 Mueller 矩阵。王清华 [14]
通过数值
模拟的方法对组织中存在异物 、 血糖浓度超标等医学现象进行了 Mueller 矩阵模拟分
析 。 徐兰青 [15]
利用瑞利近似下的单次散射模型和基于米氏散射理论的多次散射的蒙特
卡罗方法 ， 探讨葡萄糖对后向散射偏振光传输特性的影响 ， 计算了不同葡萄糖浓度下
的后向散射 Mueller 矩阵。
在实验研究方面 ， Hielscher 等人较早地将 Stokes-Mueller 表述引入到偏光散射
的研究之中 ， 对癌细胞和非癌细胞溶液的后向散射 Mueller 矩阵进行了测量 ， 结果表
明 m22 、 m33 、 m44 矩阵元对两种溶液表现出较强的区分性 [16]
。 Kaplan 等人证明 了
Mueller 矩阵可用于测量悬浮粒子的尺度分布，对于手性介质如葡萄糖所引发的旋光
效应 ， Mueller 矩阵也可以反映出来 [17]
。 在成像应用方面 ， Bueno 等人通过测量 16 个
Mueller 矩阵元的图样，成功重建了人眼视网膜的图像 [18]