1.2 偏振光测异物的研究进展  

1.3 本文的主要工作

   本文主要进行了数值模拟方面的工作，运用蒙特卡罗手段研究了含有病变结构的组织反射光的偏振特性：

   （1）在病变厚度和颗粒尺寸不变的情况下，研究了组织后向散射光的偏振特性随病变深度改变的时间分辨规律。

   （2）在病变深度和颗粒尺寸不变的情况下，研究了组织后向散射光的偏振特性随病变厚度改变的时间分辨规律。

   （3）在病深度和厚度不变的情况下，研究了组织后向散射光的偏振特性随病变颗粒大小改变的时间分辨规律。

2 理论基础

2.1 光的散射

    光的散射是指光通过不均匀介质而偏离原来传播方向并散开到所有方向的现象。众所周知，光是一种电磁波，电磁波能不受干扰地通过一个理想的纯各向同性介质。但这样的介质在自然界中是不存在的。而介质中的性质通常会包含空间上的变化，当电磁波遇上这些变化时，就会发生散射。我们把这些引起散射的主体统称为散射粒子。广义上的散射粒子指空间折射率的变化，狭义上的散射粒子指具有一定几何形状的物体。散射分类有不相关散射和相关散射，单散射和复散射。当分散在均匀介质中的散射体之间的距离足够大，使得一个颗粒的散射不会受其它颗粒的影响时，就称为不相关散射。反之，当散射体间距很近时，就必须考虑散射体之间的相互影响，这时就是相关散射。相关散射处理起来比不相关散射复杂得多。而单散射是指每一个散射颗粒都曝露于原始入射光线中，仅对原始的入射光线进行散射。反之，有部分颗粒并不曝露在原始光线中，它们对其它颗粒的散射光再次进行散射，即原始光线通过介质时产生多次散射，如果这种作用比较强，则称为复散射。在本文中，偏振光透过生物组织时产生的散射作不相关散射和单散射处理。文献综述

2.2 偏振光

    根据Maxwell方程组，我们知道光是一种电磁波。因此，完全描述光波需要四个场矢量E、H、D、B，但由于光与大多数介质的作用由电矢量E起作用，为了方便，我们只用电矢量E来描述光的偏振状态。偏振光是指光（电）矢量的大小和方向有规律变化的光[10]。单色光在自由空间传播过程中，若光矢量的方向不变，大小随相位变化的光是线偏振光；若光矢量大小不变，方向随相位变化的光是圆偏振光；而光矢量的大小和方向都随相位有规律变化的光则是椭圆偏振光；如果光矢量在各个方向上强度不等，某方向上的振动比其他方向上占优势，这种光就是部分偏振光。

    在这里，我们采用Stokes矢量法来描述偏振光[11]。Stokes矢量是由G．Stokes

在1852年提出的，可以完全描述平面波的偏振状态，矢量S中的I描述光波的强度，Q，U和V描述光波的偏振状态。其数学表达式为：  

                                    （2.1）

而Q、U依赖于参考坐标系的选择，当参考坐标系顺时针旋转 角度时(如下图)，

 图2.1 Stokes矢量的旋转

Stokes矢量的转换公式为：

                            (2.2) 

对于完全偏振光满足等式

                                          （2.3）