Физики разработали новый вид поляриметрии – фантомную поляриметрию

Аспиранты и сотрудники кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ разработали новый вид поляриметрии, который может способствовать созданию принципиально новых, более эффективных способов диагностики биологических тканей. Результаты работы опубликованы в журнале Optics Letters.

Поляриметрия – метод исследования сред, основанный на изменении поляризационного состояния света, освещающего объект. Перенесение в поляриметрию принципа фантомных изображений дополняет классический подход новыми возможностями – в частности, позволяет устранить все оптические элементы из канала наблюдения. «Фантомная поляриметрия может стать основой, например,  для создания принципиально новых, более эффективных методов бесконтактной диагностики биологических тканей как in vitro, так и in vivo, то есть может быть использована не только для научных исследований, но и в практической медицине», – рассказал доцент кафедры общей физики и волновых процессов Сергей Магницкий.

Ученые показали, что фантомная поляриметрия позволяет восстановить пространственное распределение азимута и величину линейного дихроизма таких объектов. Для поляризационной дискриминации объекта используется неполяризованное, пространственно некогерентное излучение. Часть этого излучения направляется на объект и регистрируется детектором по всей апертуре пучка, не дающего, однако, информацию о состоянии поляризации объекта. Другая часть излучения, не проходящая через объект, поступает в так называемое восстанавливающее плечо, где проходит через поляризатор (поляризационный светоделитель) и регистрируется сканируемым в поперечном направлении «точечным» детектором (детекторами).

Разработанная методика позволяет освободить плечо объекта от всех дополнительных оптических элементов, в том числе поляризаторов. Информацию о поляризационных свойствах объекта извлекают из измерения взаимной корреляционной функции тока детектора объектного плеча и тока восстанавливающего плеча для двух ортогональных направлений, перпендикулярных направлению распространения излучения.

 «В эксперименте источником неполяризованного некогерентного излучения служила суперпозиция двух ортогонально поляризованных, пространственно некогерентных квазитепловых пучков, которые формировались при прохождении двух лазерных пучков через вращающиеся матовые диски, – объяснил профессор кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ д.ф.-м.н. Анатолий Чиркин. – Последние получали в результате разделения излучения He-Ne-лазера с длиной волны λ = 0,628 мкм на поляризационном светоделителе. Суперпозиционный пучок имел радиус корреляции около 56 мкм и степень деполяризации не хуже 92%».

Этот неполяризованный пучок разделяли на два с помощью обычного светоделителя. Один пучок направляли в канал изображения, где размещался объект с распределенным линейным дихроизмом. Все прошедшее через объект излучение фокусировалось на интегрирующий точечный детектор, который измерял полную мощность Po прошедшего через объект излучения, не формируя изображение объекта. В канале восстановления некогерентное излучение разделялось на два ортогонально поляризованных пучка, пространственный профиль которых регистрировался многопиксельным детектором.

Поляризационное фантомное изображение восстанавливалось из пространственной корреляции сигналов, получаемых от точечного и многопиксельного детекторов.

Этот метод можно перенести на объекты с круговым дихроизмом, а также реализовать в варианте вычислительных фантомных изображений – например, с использованием пространственного модулятора света – или квантовой фантомной поляриметрии на основе поляризационно-запутанных фотонов. Интересным представляется перенесение фантомного принципа на другие спектральные диапазоны, в частности терагерцовый.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-02-00849 и Фонда развития теоретической физики и математики «БАЗИС» (19-2-6-211-1).

Изображение. Схема экспериментальной установки, реализующей фантомную поляриметрию в неполяризованном квазитепловом излучении. Анатолий Чиркин и Сергей Магницкий/МГУ