Luận án tiến sĩ: Đặc tính quang học vật liệu dị hướng và môi trường đục

Stokes polarimeter đo bốn thông số Stokes (S0, S1, S2, S3). Thông số S0 biểu diễn cường độ tổng. S1 và S2 mô tả phân cực tuyến tính. S3 đặc trưng cho phân cực tròn. Các thông số này tạo thành vector Stokes bốn chiều. Ma trận Mueller (4x4) mô tả sự tương tác giữa ánh sáng và vật liệu. Phép nhân ma trận Mueller với vector Stokes đầu vào cho vector Stokes đầu ra. Phương pháp này không cần bù trừ hay tiền xử lý mẫu.

Kỹ thuật tách rời trích xuất chín tham số độc lập. Phương pháp loại bỏ vấn đề nghiệm đa trị trong mô hình cũ. Độ chính xác cải thiện đáng kể so với phương pháp ghép nối. Có thể đo mẫu chỉ có một tính chất quang học duy nhất. Không cần kỹ thuật bù trừ phức tạp. Thời gian đo giảm nhờ quy trình đơn giản hóa.

Hệ thống đo toàn bộ chín tham số hiệu dụng. Phân tích sai số với độ lệch ±0.005 trong thông số Stokes đầu ra. Độ phân giải cao cho mọi loại vật liệu quang học. Xác nhận khả năng đo môi trường đục (turbid media). Kết quả thực nghiệm chứng minh tính chính xác. Phương pháp áp dụng cho mẫu sinh học và tinh thể.

Song chiết suất tuyến tính (LB) phân tách chùm tia thành hai tia phân cực vuông góc. Tinh thể đơn trục như thạch anh thể hiện LB mạnh. Trục quang học xác định hướng song chiết suất chính. Song chiết suất tròn (CB) gây xoay mặt phẳng phân cực. D-glucose trong dung dịch nước thể hiện CB. Khoảng cách từ mẫu đến detector ảnh hưởng đo CB. Vi cầu polystyrene chứa glucose cho kết quả CB khác nhau.

Dichroism tuyến tính (LD) hấp thụ ánh sáng phân cực theo hướng ưu tiên. Polarizer là thiết bị có LD cực đại. Hệ số hấp thụ phụ thuộc góc phân cực tới. Dichroism tròn (CD) hấp thụ khác nhau giữa phân cực tròn trái và phải. Mẫu sinh học thường có tín hiệu CD yếu. Kỹ thuật đo CD nhạy với nhiễu quang học. Phương pháp tách rời cải thiện độ chính xác đo LD và CD.

Tensor điện môi là ma trận 3x3 mô tả phản ứng điện môi. Đối với tinh thể đơn trục, tensor có dạng chéo trong hệ trục chính. Các thành phần tensor liên hệ với chiết suất và hệ số hấp thụ. Ma trận Mueller chứa 16 phần tử mô tả biến đổi phân cực. Chín tham số hiệu dụng rút ra từ phần tử Mueller matrix. Phương pháp analytical trích xuất tham số từ phép đo thực nghiệm.

Tán xạ nhiều lần làm mất thông tin phân cực ban đầu. Kích thước hạt tán xạ so với bước sóng quyết định mức độ khử phân cực. Vi cầu polystyrene tạo tán xạ Mie mạnh. Độ dày mẫu tăng làm tăng khử phân cực. Nồng độ hạt ảnh hưởng trực tiếp đến L-Dep và C-Dep. Phương pháp đo tách riêng hai loại khử phân cực.

Mô sinh học có cấu trúc phức tạp gây tán xạ và hấp thụ. Collagen trong mô thể hiện song chiết suất. Hemoglobin gây dichroism trong vùng khả kiến. Phương pháp Mueller matrix phân tích đầy đủ tính chất quang học. Chín tham số hiệu dụng cung cấp thông tin toàn diện. Kỹ thuật không xâm lấn phù hợp chẩn đoán y sinh. Đo từ xa qua sợi quang mở rộng khả năng ứng dụng.

Sai số ±0.005 trong thông số Stokes được mô phỏng. Độ phân giải cao cho tất cả chín tham số hiệu dụng. Phương pháp tách rời giảm sai số tích lũy. Thuật toán di truyền (genetic algorithm) tối ưu cài đặt đo. Kết quả thực nghiệm khớp với mô phỏng lý thuyết. Độ lặp lại cao khi đo nhiều lần cùng mẫu.

Sợi quang đơn mode có song chiết suất do ứng suất. Uốn cong sợi làm tăng birefringence. Diattenuation xuất hiện do cấu trúc không đối xứng hoàn toàn. Phương pháp analytical xác định tham số hiệu dụng sợi. Ma trận Mueller của sợi quang được đo trực tiếp. Thông tin này dùng để thiết kế bộ điều khiển phân cực.

Genetic algorithm tìm kiếm toàn cục cài đặt tối ưu. Hàm mục tiêu là điều kiện không gian tự do. Quần thể cài đặt tiến hóa qua nhiều thế hệ. Toán tử lai ghép và đột biến tạo đa dạng giải pháp. Thuật toán hội tụ nhanh đến cấu hình tối ưu. Thời gian tính toán ngắn hơn nhiều so với thử-sai thủ công.

Quarter-wave plate được đo song chiết suất tuyến tính chính xác. Polarizer được xác định hệ số diattenuation tuyến tính. Kết quả đo qua sợi quang khớp với đo trực tiếp. Phương pháp xác nhận qua nhiều mẫu chuẩn. Ứng dụng trong đo vật liệu khó tiếp cận. Kỹ thuật mở đường cho polarimetry từ xa trong y sinh.

Phần tử M00 biểu diễn truyền qua cường độ tổng. Hàng và cột đầu liên quan đến diattenuation và polarizance. Khối 3x3 dưới mô tả biến đổi phân cực thuần túy. Các phần tử chéo chính chứa thông tin birefringence. Phần tử ngoài chéo mô tả khử phân cực. Ma trận đối xứng cho vật liệu không hấp thụ.

Song chiết suất tuyến tính từ M12, M13, M21, M31. Dichroism tuyến tính từ M01, M02, M10, M20. Song chiết suất tròn từ M23, M32. Dichroism tròn từ M03, M30. Khử phân cực tuyến tính từ phần tử khối 2x2. Khử phân cực tròn từ M33 và các phần tử liên quan. Công thức analytical cho từng tham số độc lập.

Phương pháp ghép nối cũ gây nghiệm đa trị. Tách rời hoàn toàn loại bỏ vấn đề này. Mỗi tham số có công thức xác định duy nhất. Không cần giả thiết về tính chất mẫu. Độ chính xác không phụ thuộc thứ tự trích xuất. Thuật toán đơn giản, dễ lập trình.

Vi cầu polystyrene có kích thước đồng nhất. Nồng độ hạt điều chỉnh độ đục mẫu. D-glucose hòa tan tạo hoạt tính quang. Hai loại: glucose trong polystyrene và glucose trong nước. Mẫu đặt trong cuvet quang học chuẩn. Độ dày mẫu kiểm soát chính xác.

Khoảng cách mẫu-detector thay đổi từ gần đến xa. Tín hiệu CB giảm khi khoảng cách tăng. Tán xạ nhiều lần làm mất thông tin phân cực tròn. Khoảng cách tối ưu cho từng loại mẫu khác nhau. Kết quả thực nghiệm khớp mô hình lý thuyết. Hiệu chỉnh khoảng cách cải thiện độ chính xác.

Polystyrene-glucose cho tín hiệu CB ổn định hơn. Nước-glucose nhạy hơn với nhiễu nhiệt độ. Nồng độ glucose ảnh hưởng tuyến tính đến CB. Phương pháp phân biệt rõ hai loại mẫu. Tiềm năng ứng dụng đo glucose máu không xâm lấn. Cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng nhiệt độ và pH.