Birefringence microscopy imaging based on photoelastic modulation with stroboscopic illumination

DONG Ye; REN Shuxuan; WANG Zhibin; WANG Shuang; LI Kewu

doi:10.37188/OPE.20253319.3021

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Birefringence microscopy imaging based on photoelastic modulation with stroboscopic illumination

Modern Applied Optics | 更新时间：2025-11-03

- Birefringence microscopy imaging based on photoelastic modulation with stroboscopic illumination
- Optics and Precision Engineering Vol. 33, Issue 19, Pages: 3021-3031(2025)
- 作者机构：
  
  1.中北大学仪器与电子学院，山西太原 030051
  2.中北大学电气与控制工程学院，山西太原 030051
  3.中北大学计算机科学与技术学院，山西太原 030051
  4.山西省智能微波光电技术创新中心，山西太原 030051
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20253319.3021
  CLC： O439;TH742
- CSTR：32169.14.OPE.20253319.3021
- Received：01 July 2025，
  
  Revised：2025-08-13，
  
  Published：10 October 2025
- 稿件说明：
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董业,任书宣,王志斌等.运用频闪照明的弹光调制型双折射显微成像[J].光学精密工程,2025,33(19):3021-3031.

DONG Ye,REN Shuxuan,WANG Zhibin,et al.Birefringence microscopy imaging based on photoelastic modulation with stroboscopic illumination[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(19):3021-3031.
董业,任书宣,王志斌等.运用频闪照明的弹光调制型双折射显微成像[J].光学精密工程,2025,33(19):3021-3031. DOI： 10.37188/OPE.20253319.3021. CSTR： 32169.14.OPE.20253319.3021.

DONG Ye,REN Shuxuan,WANG Zhibin,et al.Birefringence microscopy imaging based on photoelastic modulation with stroboscopic illumination[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(19):3021-3031. DOI： 10.37188/OPE.20253319.3021. CSTR： 32169.14.OPE.20253319.3021.

摘要

为实现高速、高精度的双折射显微测量，提出了一种基于弹光调制的双折射显微成像方案。利用弹光调制技术高调制频率、大调制纯度等偏振调制优势，实现了双折射显微成像测量，然后，运用频闪照明法解决了弹光调制器的“高频调制”与相机“低采集帧率”之间的矛盾。进行0°，30°，90°三个弹光调制相位下采集图像实验，以解算样品的双折射相位延迟量分布。最后，搭建实验系统并对波片和椴树茎切片样品进行了测量实验。实验结果表明，波片延迟量测量误差优于1%，延迟量精度满足±

/300，

延迟量分布最大偏差不超过1.62 nm。椴树茎切片的不同延迟量分布区能够完成不同部位的区域识别，且单次测量时间小于3 ms。该方案实现了高速、高精度的双折射分布测量，且具备双折射相位延迟量分布测量能力，可为二维新材料、生物组织成像等研究提供先进技术手段。

Abstract

To achieve rapid and precise birefringence microscopy， a photoelastic-modulation-based imaging scheme is proposed. Leveraging the high modulation frequency and purity of photoelastic modulators， birefringence imaging measurements are realized. The disparity between the modulator's high-frequency operation and the camera's low frame rate is resolved via stroboscopic illumination. The sample's birefringence phase retardation distribution is retrieved from only three images acquired at photoelastic modulation phases of 0°， 30°， and 90°. An experimental system was constructed and tested on a wave plate and linden stem sections. Results indicate a wave-plate retardation error below 1%， retardation accuracy within ±

/300， and a maximum retardation-distribution deviation not exceeding 1.62 nm. Distinct retardation regions in the linden stem sections enabled differentiation of anatomical parts， with single-measurement acquisition time under 3 ms. The method achieves high-speed， high-precision mapping of birefringence phase retardation and offers an advanced technical approach for studies of two-dimensional materials， biological tissue imaging， and related fields.

关键词

Keywords

references

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