作者单位
摘要
1 山东理工大学电气与电子工程学院,山东 淄博,255049
2 澳谱特科技(上海)有限公司,上海,201109
利用退偏振动态光散射法测量棒状纳米颗粒尺寸时,计算过程中通常使用指数拟合算法,但该算法受初始值的影响较大,选取的初值不同拟合结果也不同。为解决该问题,提出利用Tikhonov正则化算法对退偏振动态光散射实验获得的垂直偏振和水平偏振自相关函数进行反演,从而得到平移和旋转衰减线宽,再计算得出平移扩散系数和旋转扩散系数,进而拟合得到纳米棒的长度和直径。搭建了退偏振动态光散射实验装置,对三种金纳米棒样品进行了退偏振动态光散射测量。实验结果表明,经过修正去掉吸附层后,金纳米棒的长度和直径测量值与透射电子显微镜(TEM)测量值相比,其偏差在8%以内,这表明修正后的测量结果与TEM的测量结果一致性较好。
退偏振动态光散射 金纳米棒 平移扩散系数 旋转扩散系数 多分散性 
光学学报
2024, 44(4): 0412002
作者单位
摘要
上海交通大学生物医学工程学院,上海 200240
光学相干层析成像(OCT)能够无损获得微米级空间分辨率的样品截面信息,在眼科、血管内科等临床诊疗研究和应用中起到了重要的作用。利用OCT测量光场的幅度可以获得样本的三维结构信息,如眼底视网膜的分层结构,但对组织特异性、血流、力学特性等功能信息的作用有限。基于相位、偏振态、波长等光场参量的OCT功能成像技术应运而生,如多普勒OCT、OCT弹性成像、偏振敏感OCT、可见光OCT等。其中,基于光场幅度动态变化的OCT功能成像技术具有显著的鲁棒性和系统复杂度优势,已经在临床无标记血管造影中获得成功。此外,应用于三维血流流速测量的动态光散射OCT、具有无标记组织/细胞特异性显示能力的动态OCT、能够监控热物理治疗温度场的OCT温度层析成像等,已经成为了OCT功能成像的技术前沿。综述基于光场幅度动态变化的OCT功能成像技术的原理、实现和应用,分析了所面临的技术挑战,并展望了未来发展方向。
光学相干层析成像 功能成像 光场幅度动态变化 动态光散射 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211018
作者单位
摘要
1 中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018 中国计量科学研究院热工计量科学研究所, 北京 100029
2 中国计量科学研究院热工计量科学研究所, 北京 100029
3 中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
生物气溶胶是指含有细菌、 真菌、 花粉等生物性粒子的气溶胶。 生物气溶胶的传播会造成严重的危害, 对人体健康、 大气环境等有着潜在的影响。 此外, 在**活动中, 生物气溶胶还可作为生物战剂的释放方式。 因此, 对空气中生物气溶胶进行实时检测, 快速识别气溶胶种类, 判断生物气溶胶浓度、 危险程度等, 是降低致病性生物气溶胶暴露, 保护人员及环境安全, 以及防范生物恐怖袭击的重要手段。 基于荧光法的生物气溶胶实时检测系统利用生物粒子含有色氨酸、 酪氨酸、 核黄素等典型荧光基团, 通过激光诱导生物荧光基团产生特定的荧光光谱, 从而完成对生物气溶胶的检测和识别, 具有甄别气溶胶颗粒生物特性的同时, 获取其粒径尺寸及形态等物理特征的技术优势。 简要介绍了生物气溶胶及其实时检测的基本原理, 概述了生物气溶胶实时检测系统在三个方面的研究, 包括荧光激发光源的触发方式、 荧光激发光源类型以及信号采集系统。 最后, 对生物气溶胶实时检测系统的发展方向进行了探讨, 为后续生物气溶胶实时检测系统的研究开发提供了参考。
生物气溶胶 实时检测系统 荧光法 光散射法 Bioaerosols Real-time detection system Fluorescence Light scattering 
光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2339
王文进 1,2,*张玉霞 3撒昱 4闵力 1,2田芃 1,2
作者单位
摘要
1 湖南理工学院物理与电子科学学院,湖南 岳阳 414006
2 湖南理工学院信息光子学与空间光通信湖南省重点实验室,湖南 岳阳 414006
3 湖南理工学院化学化工学院,湖南 岳阳 414006
4 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
偏振光衍射成像技术可以提供丰富的与细胞结构及组成成分相关的信息,在生物细胞无损检测领域具有重要的研究和应用价值。本文对酵母菌结构特征参数与其偏振衍射特征之间的定量关系进行了深入分析,分析结果表明:酵母菌单体短轴尺寸与偏振衍射条纹空间频率之间存在定量关系,基于偏振衍射实验测量图像可以实现酵母菌单体短轴尺寸分布的快速统计,并且酵母菌单体长短轴之比与退偏系数之间成高斯线性相关(R2=0.9986)。此外,结合偏振衍射图像纹理特征与支持向量机聚类模型可以实现酵母菌发芽率的快速统计,准确率为98.1%。利用多元线性回归模型可以预测出酵母菌母体和芽体的短轴比,模型调整后的决定系数为0.86。本研究结果可为基于偏振衍射特征的细胞结构参数反演研究提供借鉴。
生物光学 非球形生物细胞 偏振光散射 衍射成像 定量分析 
中国激光
2023, 50(21): 2107110
作者单位
摘要
1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院,广东 佛山 528000
2 清华大学深圳国际研究生院 海洋工程研究院,广东 深圳 518055
3 清华大学深圳国际研究生院 广东省偏振光学检测与成像工程技术中心,广东 深圳 518055
水中悬浮颗粒是水体物质的重要成分,因此监测它们的种类和浓度对研究和保护水生态系统具有重要科学意义和实用价值。文中研制了一种水中悬浮颗粒分类仪(Suspended Particle Classifier, SPC),旨在现场检测野外采集的水样,快速得出水中悬浮颗粒的种类、数量和比例。SPC采用引流管将颗粒输送至散射体积内,通过同时探测单个颗粒的散射光偏振态和荧光信号,结合机器学习算法对颗粒分类。对沉积物、微塑料和微藻的标准样品做了数据集并训练分类器,SPC能以大于95%的预测正确率对它们进行分类。接着,将SPC和商业水质多参数监测仪(QWA)同时在崖门水道连续布放25个小时。SPC能快速测量现场采集的水样,获取不同水层的沉积物、微塑料和微藻的数量随时间的变化情况。SPC给出的微藻数量与QWA测得的叶绿素a浓度以及藻红蛋白浓度之间存在显著的相关性;此外,SPC给出的沉积物等效时间截面和QWA测得的浊度值也呈现出明显的相关性,由此可以证明SPC分类结果的可靠性。结果表明:SPC能够对水中的悬浮颗粒进行现场快速分类检测,有望成为探索水生态系统的关键技术。
偏振光散射 荧光 悬浮颗粒 现场 快速分类 polarized light scattering fluorescence suspended particles field rapid classification 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230030
Author Affiliations
Abstract
1 Division of Anatomy, Center for Anatomy and Cell Biology, Medical University of Vienna, 1090 Vienna, Austria
2 Medical Imaging Cluster (MIC), Medical University of Vienna, 1090 Vienna, Austria
3 Max Perutz Laboratories, University of Vienna, 1030 Vienna, Austria
Brillouin light scattering (BLS) spectroscopy is a label-free method of measuring the GHz-frequency viscoelastic properties. The measured longitudinal modulus is acutely sensitive to the degree of hydration, crosslinking, and temperature, which can be indicative of tissue health. As such, performing in situ measurements on humans is particularly desirable for exploring potential clinical translation, however, is not possible with existing designs which are coupled to bench-top microscopes. Here we introduce a robust fiber coupled hand-held BLS probe and demonstrate its reliability for measuring excised human tissue. We verify its accuracy using confocal BLS microscopy and further show that it is possible to distinguish veins, arteries, nerves and muscles based on their BLS-measured viscoelasticity. This provides a necessary first step towards in situ clinical BLS viscoelasticity studies of human tissue.
Brillouin light scattering spectroscopy Hand-held optical probe Viscoelasticity Longitudinal modulus Soft tissue Muscles Vasculature 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023028
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Mathematics, Center for Photonics Sciences, University of Eastern Finland, PO Box 111, 80101 Joensuu, Finland
2 Department of Technical Physics, University of Eastern Finland, PO Box 1627, 70211 Kuopio, Finland
3 School of Forest Sciences, University of Eastern Finland, PO Box 111, 80101 Joensuu, Finland
4 Valmet Automation Inc., Kehräämöntie 3, 87400 Kajaani, Finland
5 FSCN Research Centre, Mid Sweden University, 85170 Sundsvall, Sweden
In this study a commercial particle analyzer was used to image and help sorting microplastic particles (MPs) dispersed in filtrated and de-aerated tap water. The device provides a relatively easy and fast procedure for obtaining ultra-high-definition imaging, allowing the determination of shape, size, and number of 2D-projections of solid particles. The image analysis revealed clear differences among the studied different MPs originating from the grinding of five common grades of plastic sheets as they affect the image rendering differently, principally due to the light scattering either at the surface or in the volume of the microplastics. The high-quality imaging of the device also allows the discrimination of the microplastics from air bubbles with well-defined spherical shapes as well as to obtain an estimate of the size of MPs in a snapshot. We associate the differences among the shapes of the identified MPs in this study depending on the plastic type with known physical properties, such as brittleness, crystallinity, or softness. Furthermore, as a novel method we exploit a parameter based on the light intensity map from moving particles in cuvette flow to sort MPs from other particles, such as, wood fiber, human hair, and air bubbles. Using the light intensity map, which is related to the plastic-water refractive index ratio, the presence of microplastics in water can be revealed among other particles, but not their specific plastic type.
Microplastics Light scattering Image analysis 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023010
作者单位
摘要
山东理工大学 电气与电子工程学院,淄博 255049
利用双峰颗粒样品相关函数的相对衰减特性,提出基于衰减特性的长延时相关函数相继提取法。该方法分别定义小颗粒相关函数拟合窗口的起始点,间隔点和大颗粒相关函数拟合窗口的终止点。首先,将间隔点定义为相对衰减特性极小值对应的延迟时间;其次,以间隔点为界,根据相对衰减特性图纵坐标最大值与其他纵坐标值的比例关系,确定小颗粒相关函数拟合窗口的起始点与大颗粒相关函数拟合窗口的终止点。以此三个参考点作为相关函数拟合窗口的选取准则,对拟合窗口进行优化选择,减小窗口选择的盲目性,从而提高粒度反演结果的准确性。模拟数据与实验数据表明,改进的优化算法反演结果显著降低了颗粒粒径相对误差、峰值位置相对误差以及相关函数均方根误差,提出的基于衰减特性的长延时相关函数相继提取法优于传统长延时相关函数相关提取法。
动态光散射 相关函数 拟合窗口选择 相继提取法 颗粒粒度 反演算法 Dynamic light scattering Correlation function Fitting window selection Sequential extraction method Particle size Inversion algorithm 
光子学报
2023, 52(6): 0629001
Author Affiliations
Abstract
1 Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow 119991, Russia
2 Bauman Moscow State Technical University, Moscow 105005, Russia
3 Institute for Regenerative Medicine, Sechenov University, Moscow 119991, Russia
4 Institute of Solid State Physics of the Russian Academy of Sciences, Chernogolovka 142432, Russia
5 Research Institute of Human Morphology, Moscow 117418, Russia
6 School of Precision Instrument and Optoelectronic Engineering, Tianjin University, Tianjin 300000, China
7 College of Materials Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610000, China
8 Science Medical Center, Saratov State University, Saratov 410012, Russia
9 Institute of Precision Mechanics and Control, FRC "Saratov Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences", Saratov 410028, Russia
Terahertz (THz) technology offers novel opportunities in biology and medicine, thanks to the unique features of THz-wave interactions with tissues and cells. Among them, we particularly notice strong sensitivity of THz waves to the tissue water, as a medium for biochemical reactions and a main endogenous marker for THz spectroscopy and imaging. Tissues of the brain have an exceptionally high content of water. This factor, along with the features of the structural organization and biochemistry of neuronal and glial tissues, makes the brain an exciting subject to study in the THz range. In this paper, progress and prospects of THz technology in neurodiagnostics are overviewed, including diagnosis of neurodegenerative disease, myelin deficit, tumors of the central nervous system (with an emphasis on brain gliomas), and traumatic brain injuries. Fundamental and applied challenges in study of the THz-wave – brain tissue interactions and development of the THz biomedical tools and systems for neurodiagnostics are discussed.
THz technology THz spectroscopy and imaging superresolution imaging biophotonics brain neurodiagnosis tumor glioma neurodegenerative diseases brain injury light scattering 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(5): 220071
作者单位
摘要
太原理工大学 电气与动力工程学院 循环流化床高效清洁燃烧与利用山西省重点实验室,太原 030024
流体工质的热、质扩散系数是表征其传热和传质的重要迁移性质,往往需要采用不同设备测量获得。为探索可同时测量热、质扩散系数的动态光散射方法,研究了采样时间、入射角、黏度、折射率偏差及路易斯数Le等因素对测量可靠性及精度的影响。利用二元混合流体正己烷/正癸烷、正己烷/正十六烷体系进行验证,结果表明:当采样时间为弛豫时间的1.5~3倍且入射角度为8°~12°时,具有较低黏度、较高折射率偏差(>4%)的体系且Le值为10~80时,可以同时可靠地获取流体热、质扩散系数,且测量不确定度低于5%;与已有方法对比,热、质扩散系数的偏差分别为4.00%和3.56%,证明了该测量方法和系统的可靠性。
动态光散射法 热扩散系数 质扩散系数 正己烷 正癸烷 正十六烷 Dynamic light scattering Mutual diffusivity Thermal diffusivity n-Hexane n-Decane n-Hexadecane 
光子学报
2023, 52(4): 0429002

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