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2022-09-25来源：军演时光 - 娱乐资讯站编辑：佚名标签：描绘偏振新景色探寻光学新方向

文章导读: 文/胡月人类认识世界首先依赖眼睛，通过肉眼，以及后来出现的望远镜、显微镜等工具努力“看到”宇宙和微观世界的每个角落。随着自然科学的发展，利用光学原理的各种测量方法也在不断更新进步。偏振是

文/胡月

人类认识世界首先依赖眼睛，通过肉眼，以及后来出现的望远镜、显微镜等工具努力“看到”宇宙和微观世界的每个角落。随着自然科学的发展，利用光学原理的各种测量方法也在不断更新进步。偏振是光的一个基本属性，我们所处的实际上是一个偏振光的世界。通过对偏振光性质的测量，可以区分不同微观结构的癌变组织，可以分辨不同粒径和成分的气体污染颗粒物，可以对海洋中的微生物进行现场计数与细致分类……但遗憾的是，人类以及绝大多数动物的眼睛对光的偏振并不敏感。因此，尽偏振测量方法潜力很大，但一直没有得到足够的重视，从事偏振研究的学者也不多。

马辉教授是清华大学深圳研究生院光学和生物医学工程创新团队的负责人，从2004年开始选择偏振光散射这个看起来并不时髦的领域作为自己的研究方向。十余年来，他先后建成深圳市无损监测与微创医学技术重点实验室和广东省偏振光学检测与成像重点实验室，他率领着一支由年轻教师、博士后和研究生组成的学科交叉科研团队，在偏振光检测和成像领域开展基础研究、技术创新、仪器开发和应用示范，在医学诊断，以及海洋和大气环境监测等应用领域开拓偏振散射方法的应用潜力，取得了一系列国内外领先的科研进展。

探索偏振世界成果广泛应用

偏振是光的一个基本特征，但由于人眼对偏振不敏感，长期以来偏振光学方法的优势远远没有发挥出来。偏振方法与我们常见的非偏振光学系统相容，硬件装置上可以从非偏振装置直接升级，所得到的数据中也包含原有非偏振测量数据;但与非偏振光学方法相比，偏振测量可以获得的样品信息大大增加，并且偏振光测量对散射样本比探测光的波长更小尺度的结构更加敏感，可提供更加细微层次的微观结构特征信息。

近年来，清华深圳的偏振光学团队在偏振光学理论、技术和应用上取得了一批高水平有特色的研究成果，包括复杂成份多层结构生物组织的偏振光散射建模和蒙特卡洛仿真系统，光的偏振态与介质偏振特征的表征和同时性动态测量技术，以及在这些核心技术基础上探索出的三个不同领域的创新性应用：基于全偏振显微图像的偏振数字病理诊断方法和纤维材料定量评价方法，基于偏振散射角度谱的大气污染颗粒物分析识别方法、基于背向散射偏振测量的海洋浮游生物与微型颗粒物原位检测与细致分类方法。其中，依托国家自然科学基金重大科研仪器研制项目“模块化穆勒矩阵显微镜及典型临床应用研究”所研究的全偏振显微镜，可以对非染色的临床组织病理切片或者细胞涂片进行偏振成像;利用病理医生所标注的结果作为金标准进行监督学习，确定病变特征所对应的偏振特征和特异性偏振量，从而实现对待测病理样本的偏振“虚拟染色”，凸显病变的区域，辅助临床病理诊断，并为解释病变机理提供微观结构特征的证据。团队已经同国内不同省市的一批临床医院建立合作关系，将全偏振显微成像装置和已经发展的病变偏振特征提取软件系统应用于宫颈、肝、肺和乳腺等等病理组织切片的定量分析和辅助诊断，发展基于全偏振显微图像的偏振数字病理方法。

大气污染物监测与源识别技术是偏振光学的一项全新实用探索。团队提出了一种新的单颗粒物在线原位偏振光散射测量技术，并同企业和环保监测业务部门合作，用了四年多的时间，初步实现了大气污染颗粒物物理特征的增强识别，包括增强颗粒物吸收特征的特异性鉴别，并首次建立了颗粒物特殊形貌的在线分析能力。目前团队正在积极探索基于偏振光学物理表征的大气污染物源识别方法，青年教师曾楠和何宏辉分别主持完成了国家重点研发计划重大科学仪器设备开发专项项目和国家重点研发计划大气污染成因与控制技术研究专项项目，与企业合作研发的偏振光散射气溶胶在线检测工程样机已经应用于国家重点项目，多台产业化样机目前正在不同环保监测机构现场应用，正在建立基于颗粒物的污染检测新标准。

此外，团队将偏振光学技术用于水下颗粒物的原位快速检测，实现海洋中微小生物和泥沙、微塑料等不同类型微型颗粒物的细致分类和浓度检测，这些数据在赤潮等海洋灾害预警、海洋生态环境监测，以及海洋碳循环和气候变化等重大科学问题的研究中有广阔的应用前景。青年教师廖然研发的水下颗粒物快速分类检测仪参与国家自然科学基金委重大科研仪器项目: 面向全球深海大洋的智能浮标，也是马辉教授主持的科技部重点研发计划项目“近海海域微型生物颗粒及水环境参数复合监测技术体系研究”，以及广东省重点研发计划项目“海洋微型颗粒物精细分类检测仪”的核心研究内容。

结合深圳本地特色，充分利用大湾区的创新气氛，团队十分重视科研工作的产学研结合，将实验室样机转化为工程样机，进一步同企业结合推出产业化样机，将团队创新技术转化为可推广示范的实用性成果。团队先后与广州粤显光学合作发展模块化全偏振显微镜，同镇江锐光凯奇合作研发新型偏振成像系统，同深圳碧水源集团下属环境仪器公司合作推出偏振光散射大气颗粒物在线分析设备，同佛山灵觉科技合作研发便携式海洋颗粒物分类仪。团队同医疗以及海洋和大气环境监测机构合作，结合国家和各级地方政府纵向项目和企业横向合作课题，开展偏振光散射与成像仪器的应用示范与推广。

组织精干团队建立科研平台

马辉教授作为团队学术带头人，敏锐地意识到偏振相关领域研究迅猛发展的态势，从该领域尚处于探索上升阶段开始凝聚研究方向，长期开展基础性探索、方法学研究、核心技术研发和仪器设备工程化产业化，在整个创新链条上形成核心竞争力。自2004年起步以来已经在清华大学深圳国际研究生院组建起一支高素质的研发团队，曾楠、廖然和何宏辉三位年轻教师先后作为博士后和博士生加入团队，针对偏振光学原理、方法、技术和应用进行科学研究和技术开发，并开拓偏振光学方法在生物医学、海洋观测和大气监测等关键领域的应用示范。目前，三位年轻教师已经分别成为独当一面的科研骨干，三人的工作在基础理论和方法学研究方面紧密合作，在各自应用领域突出特色，加强了团队整体竞争力。

团队注重打造一个偏振光学方法研究、开发和应用公共服务平台，加大对偏振相关技术的应用成果转化，推动偏振光技术的发展和应用的推广。2009年建立深圳市“无损检测与微创医学技术重点实验室”;2017年进一步建立广东省“偏振光检测与成像工程研究中心”。以平台为依托，团队近五年先后承担十余项国家、省、市各级纵向科研项目和企业合作横向项目，形成一批高水平文章和专利，多项成果开始进行产业化。

团队重视国际合作，在偏振散射与成像方法研究和应用领域已经同美国、英国、法国、俄罗斯和加拿大、日本、巴基斯坦等国家的一批同行建立了实质性合作联系。2019年，团队负责人与美国佛罗里达国际大学和法国巴黎综合理工学院合作者在美国旧金山西部光电激光展览会上共同发起并设置“生物医学偏振光学”专题会议，共同推进偏振散射与成像技术研究和应用推广。

十余年来，这支科研团队已经形成自己的研究特色，在国际上崭露头角。目前，他们在偏振上专注于做四件事：发展更准确迅速的偏振测量方法与仪器装置;针对不同应用场景和样本发展特异性偏振指标的提取方法;解释微观结构与散射样本偏振特征的定量关系;把偏振散射与成像方法用于解决各种实际问题。马辉教授及其团队在偏振领域描绘着新的图景，探寻着光学发展新的方向，期待在他们的努力下，我们能获得更加先进的手段，探索未知的世界。

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