用于生物医学和临床应用的偏振光学器件

光作为一种电磁波，具有几个基本特性，包括强度、波长、相位和偏振(光波振荡的方向)。虽然前三个是标量，但极化具有矢量特性(由于它由矢量的数学概念表示);因此，它的使用需要更先进的光学和计算方法。因此，与标量对应物相比，光的矢量特性或物体的全矢量变换特性的研究在生物医学分析中的历史较短，其应用范围仍在探索中。

到目前为止，通过利用偏振光学获取的矢量信息，许多有趣的研究领域得到了加强。这些范围从量子物理学、材料表征到生物医学/临床应用。对于生物医学/临床应用，偏振技术与其他同类技术相比具有特殊的优势：对亚细胞结构敏感，适用于体内无标记成像/传感，与其他现有光学系统兼容，易于小型化。

在Light: Science & Applications发表的一篇新论文中，由来自牛津大学和清华大学的 Martin Booth 教授、Chao He 博士和何鸿辉教授领导的科学家团队以及同事撰写了一篇关于该主题的评论文章'用于生物医学和临床应用的偏振光学'。

这篇综述首先介绍了基本的偏振光学表示工具，重点是采用斯托克斯-穆勒形式主义，斯托克斯矢量用于表征光束的偏振态，而穆勒矩阵描述了光束的偏振态。影响斯托克斯矢量的对象的变换属性。给出了薄膜测量椭偏仪和生物医学样品偏振测量的比较及其发展趋势。的偏振测量方法，包括时序、同步快照测量、部分 Stokes/Mueller、完整 Stokes/Mueller 技术。此外，矢量信息测量理论的结论是一个由“去噪”、“优化”和“校准”组成的结构。

根据测量理论，给出了Stokes/Mueller形式主义的极化信息提取和分析方法。特别提到了穆勒矩阵极坐标分解、穆勒矩阵变换以及生物医学和临床应用的基于数据的信息提取方法的发展趋势。在此之后，介绍了薄/大块组织表征的极化信息分析示例，重点是离体病理组织分析(如癌症检测和分化)和体内临床诊断。

最后，评论还指出了未来与其他前沿技术进行多模态协同的可能性，包括但不限于机器学习技术和大数据、基于超表面的技术、非线性光学、轨道角动量和矢量涡束操纵。这篇综述的主要目的是让读者对偏振光学获得的矢量信息在生物医学和临床研究中的应用有一个总体概述，这样的总结也可以激发新的讨论、探索以及进一步的潜力在这些相关的前瞻性领域取得突破。

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