亚秒级成像速度穆勒矩阵显微镜技术：动态观测带状球晶生长过程

本文创新性地构建了基于光学旋转编码器的快速穆勒矩阵显微镜（Fast-MMM），通过双连续旋转延迟器的实时角度追踪和动态成像校准算法，在0.5?s内完成全穆勒矩阵成像，突破了传统MMM技术（Mueller matrix microscopy）在动态过程分析中的时间分辨率瓶颈，为材料科学和生物医学领域的动态偏振光学特性研究提供了新工具。

　　

Highlight

穆勒矩阵显微镜（MMM）作为偏振显微技术中的定量分析方法，能全面表征线性双折射（LB）、线性二向色性（LD）、圆二色性（CD）等光学各向异性特性，但传统步进式MMM（Step-MMM）单次测量耗时长达91?s，难以捕捉秒级动态过程。本研究通过光学旋转编码器实时追踪双延迟器角度，结合积分参数动态校准法，开发出0.5?s超快成像的Fast-MMM系统。

硬件配置

Fast-MMM基于商用透射显微镜（XSP-20）改造，保留40倍物镜（NA 0.65）和XYZ样品台，采用638?nm LED光源（半宽20?nm）和偏振态调制模块。

理论分析

根据穆勒矩阵理论，非 depolarization 样品的偏振响应可分解为二向色性、延迟和退偏效应。通过实时监测旋转延迟器的θ₁(t)和θ₂(t)角度，系统动态解析样品穆勒矩阵的16个元素。

动态成像验证

以旋转线性偏振片（LP）和1/4波片（QWP）为标准样品，Fast-MMM成功捕捉到每秒5°连续旋转过程中的穆勒矩阵变化，误差率<3%，证实其超快成像稳定性。

结论

Fast-MMM突破了传统MMM的机械延迟限制，为熔融冷却过程中带状球晶的异速生长等动态过程研究提供了全新解决方案，未来可拓展至生物组织实时病理分析领域。