線性偏振光激發(fā)Ⅰ型膠原纖維產(chǎn)生二次諧波的顯微成像理論.pdf

1、本文建立模型來探究Ⅰ型膠原蛋白在線性偏振入射光照射下，所激發(fā)出二次諧波（SHG）的顯微成像理論。我們重點(diǎn)討論了以下幾個參量對激發(fā)SHG的影響，其中主要包括入射光偏振方向（α），數(shù)值孔徑（NA），超極化率比率（p=βxxx/βxyy）和膠原傾斜角（φ）。我們的模擬結(jié)果顯示，以上各個參量對SHG的激發(fā)能量大小、分布、傳播方向等情況都有著不同程度的影響。
　　 我們的模擬結(jié)果顯示入射光的線性偏振方向（α）是影響SHG能量大小的很重要因

2、素，SHG發(fā)射能量隨著α呈現(xiàn)了周期性的變化。偏振方向（α）同時也是影響SHG最大強(qiáng)度偏轉(zhuǎn)方向的重要因素。為了可以更好的說明α對SHG強(qiáng)度的作用，我們特殊地對比了在線性偏振準(zhǔn)直光和聚焦光下激發(fā)出SHG的差別。我們探究了SHG沿著f軸的分量I2ω，i（i=x，y，z）、SHG發(fā)射偏離角γij和利用旋轉(zhuǎn)偏振片的偏振角φij（i=x，x，y，j=y，z，z）在ij平面內(nèi)所收集到的SHG信號強(qiáng)度，I2ω，ij。結(jié)果顯示，在xy平面內(nèi)，準(zhǔn)直光和聚焦

3、光激發(fā)SHG隨著偏振角α的改變沒有出現(xiàn)明顯的差別，包括，I2ω，x，I2ω，y，γxy和I2ω，xy。
　　 數(shù)值孔徑直接影響聚焦光的聚集程度，在激發(fā)光在通過聚焦點(diǎn)后有一定的相位延遲，直接導(dǎo)致SHG發(fā)射沿看兩葉方向傳播。我們的模擬結(jié)果顯示低NA使SHG發(fā)射的模式呈現(xiàn)相對靠近的兩葉，但是高NA使得SHG發(fā)射沿著相對遠(yuǎn)離的兩葉。
　　 超極化率比率（p=βxxx/βxyy）很大程度上反應(yīng)了膠原的結(jié)構(gòu)特性。SHG激發(fā)隨著ρ的變

4、化呈現(xiàn)出復(fù)雜的形式，具體表現(xiàn)在α影響SHG的發(fā)射能量大小的同時，在偏振角α≠0°的情況下，ρ在±3之間的變化使得SHG能量呈現(xiàn)出不對稱的激發(fā)模式。這說明偏振方向α和超極化率比率P對于SHG的影響同樣明顯。除此之外，膠原纖維極性反轉(zhuǎn)（ρ=±2.6）也作用于SHG強(qiáng)度，如I2ω，x，γxy和I2ω，xy。準(zhǔn)直光和聚焦光下，I2ω，x和γxy模擬結(jié)果很相似，但是在偏振角α=30°的時候，I2ω，xy還是表現(xiàn)出些許的不同。在聚焦光偏振方向α的變

5、化下，極性反轉(zhuǎn)對SHG強(qiáng)度信號I2ω，xz，I2ω，yz的收集以及最大強(qiáng)度偏振角γxz，γyz影響很大，尤其在偏振角α=60°的時候。
　　 最后我們討論了膠原位于旋轉(zhuǎn)軸情況下，在偏振角α和膠原傾斜角φ共同作用下的SHG電場強(qiáng)度和發(fā)射能量沿著直角坐標(biāo)系的分布情況。當(dāng)φ超過π/4的時候，SHG信號幾乎探測不到。SHG電場強(qiáng)度（E2ω，E2ω，P，E2ω，S）和能量分布（P2ω，P2ω，P，P2ω，S）受到傾斜角的影響非常明顯。在α

6、=0°和α=90°情況下，傾斜角φ作用于E2ω，P，E2ω，S，P2ω，P，和P2ω，S表現(xiàn)出了相同的激發(fā)模式?？墒钱?dāng)a=45°E2ω，S和P2ω，S出現(xiàn)了較大差異的模式，E2ω，P和P2ω，P與α=O°和α=90°的時候很相似。但背向與前向的SHG激發(fā)模式不沿著±z^方向?qū)ΨQ。SHG總電場強(qiáng)度E2ω和能量分布P2ω的激發(fā)模式基本相同，當(dāng)φ=27°，二者達(dá)到峰值。我們的理論模擬為線性偏振光下膠原中產(chǎn)生的SHG顯微成像實(shí)驗(yàn)提供了有力的線索