利用軌道角動(dòng)量的光學(xué)技術(shù)可以改變醫(yī)學(xué)診斷

阿斯頓大學(xué)的一名研究人員開(kāi)發(fā)了一種利用光的新技術(shù)，該技術(shù)可能會(huì)徹底改變非侵入性醫(yī)學(xué)診斷和光通信。該研究展示了如何利用一種稱(chēng)為軌道角動(dòng)量 （OAM） 的光來(lái)改善通過(guò)皮膚和其他生物組織的成像和數(shù)據(jù)傳輸。

由 Igor Meglinski 教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，OAM 光具有無(wú)與倫比的靈敏度和準(zhǔn)確性，這可能會(huì)導(dǎo)致不必要的手術(shù)或活檢等程序。此外，它還可以使醫(yī)生跟蹤疾病的進(jìn)展并計(jì)劃適當(dāng)?shù)闹委煼桨浮?/p>

圖片:搜狗截圖20241110204229.png

實(shí)驗(yàn)設(shè)置

OAM 被定義為一種結(jié)構(gòu)光束，它是具有定制空間結(jié)構(gòu)的光場(chǎng)。它們通常被稱(chēng)為渦旋光束，以前已應(yīng)用于不同應(yīng)用的許多發(fā)展，包括天文學(xué)、顯微鏡、成像、計(jì)量學(xué)、傳感和光通信。

Meglinski教授與芬蘭奧盧大學(xué)的研究人員合作進(jìn)行了這項(xiàng)研究，這在發(fā)表在Light： Science & Applications的論文“Phase preservation of orbital angular momentum of light in multiple scattering environment”中有詳細(xì)說(shuō)明。此后，該論文被國(guó)際光學(xué)和光子學(xué)會(huì)員組織 Optical 評(píng)為年度最激動(dòng)人心的研究之一。

研究表明，與常規(guī)光信號(hào)不同，OAM 即使在穿過(guò)高散射介質(zhì)時(shí)也能保持其相位特性。這意味著它可以檢測(cè)極微小的變化，折光率的準(zhǔn)確度高達(dá) 0.000001，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)前許多診斷技術(shù)的能力。

阿斯頓光子技術(shù)研究所的 Meglinski 教授說(shuō)：“通過(guò)證明 OAM 光可以穿過(guò)渾濁或渾濁和散射介質(zhì)，這項(xiàng)研究為先進(jìn)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能性。例如，這項(xiàng)技術(shù)可以帶來(lái)更準(zhǔn)確和非侵入性的血糖水平監(jiān)測(cè)方法，為糖尿病患者提供一種更輕松、痛苦更小的方法。”

研究小組進(jìn)行了一系列對(duì)照實(shí)驗(yàn)，通過(guò)具有不同濁度和折射率水平的介質(zhì)傳輸 OAM 光束。他們使用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，包括干涉測(cè)量法和數(shù)字全息術(shù)，來(lái)捕獲和分析光的行為。他們發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論模型之間的一致性突出了基于 OAM 的方法的能力。

研究人員認(rèn)為，他們的研究結(jié)果為一系列變革性應(yīng)用鋪平了道路。通過(guò)調(diào)整 OAM light 的初始階段，他們相信未來(lái)在安全光通信系統(tǒng)和先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域的革命性進(jìn)步將是可能的。

Meglinski 教授補(bǔ)充道：“精確、無(wú)創(chuàng)經(jīng)皮血糖監(jiān)測(cè)的潛力代表了醫(yī)學(xué)診斷的重大飛躍。我團(tuán)隊(duì)的方法框架和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了對(duì) OAM 光如何與復(fù)雜散射環(huán)境相互作用的全面理解，增強(qiáng)了其作為應(yīng)對(duì)未來(lái)光學(xué)傳感和成像挑戰(zhàn)的多功能技術(shù)的潛力�！�

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41377-024-01562-7