Kvante kropsscanner? Hvad sker der, når vektorhvirvelstråler møder spredningsmedier

Former lys gennem ethvert slags medium - det være sig ledig plads eller biologisk væv - og lys vil spredes. Robusthed over for spredning er et almindeligt krav til kommunikation og billeddannelsessystemer. Struktureret lys, med sin brug af projicerede mønstre, er modstandsdygtig over for spredning, og er derfor opstået som et alsidigt værktøj. I særdeleshed, tilstande af struktureret lysbærende orbital vinkelmoment (OAM) har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed for anvendelser inden for biomedicinsk billeddannelse.

OAM er en indre egenskab ved lys, der giver den rumlige profil en karakteristisk donutform. Polarisationsprofilen for OAM-lystilstande kan også struktureres. Overlejr to OAM-tilstande, og du kan få en vektor vortex beam (VVB) karakteriseret ved en donut intensitetsfordeling i stråletværsnittet, og med rumlig variantpolarisering. VVB'er anses for egnede og fordelagtige til kvanteapplikationer inden for medicinsk teknologi.

En innovativ kræftscanner

Et internationalt team af forskere har for nylig offentliggjort en omfattende undersøgelse af VVB-transmission i spredningsmedier. Holdet samarbejder i regi af EU's FET-OPEN-projekt Cancer Scan, som foreslår at udvikle et radikalt nyt samlet teknologisk koncept for biomedicinsk detektion, der implementerer nye ideer inden for kvanteoptik og kvantemekanik. Det nye koncept er baseret på ensartet transmission og detektion af fotoner i et tredimensionelt rum med kredsløbsvinkelmomentum, sammenfiltring, og hyperspektrale karakteristika. Teoretisk set, disse elementer kan bidrage til at udvikle en scanner, der kan screene for kræft og opdage det i en enkelt scanning af kroppen, uden risiko for stråling.

Som forklaret i deres rapport, holdet implementerede en fleksibel platform til at generere VVB'er og Gaussiske stråler, og undersøgte deres formering gennem et medium, der efterligner egenskaberne ved biologisk væv. De demonstrerer og analyserer nedbrydningen af ​​både den rumlige profil og polarisationsmønsteret af de forskellige lystilstande.

Parat, sigte, sprede

For både gaussiske bjælker og VVB'er, forfatterne bemærker, at rumlige profiler undergår en brat ændring, når koncentrationen af ​​mediet stiger ud over 0,09 %:et pludseligt hurtigt fald i kontrast. Forfatterne observerer, at ændringen skyldes tilstedeværelsen af ​​en ensartet baggrund forårsaget af de spredte komponenter i bjælkerne.

Undersøgelse af polarisationsprofilerne, de fandt ud af, at VVB -adfærd er ganske anderledes end den for de gaussiske bjælker. Gaussiske bjælker præsenterer et ensartet polarisationsmønster, der ikke påvirkes af spredningsprocessen. I modsætning, VVB'er præsenterer en kompleks polarisationsfordeling på tværplanet. Holdet observerede, at en del af VVB-signalet bliver fuldstændig depolariseret, når det passerer gennem spredningsmedier, men en del af signalet bevarer dets struktur.

Disse indsigter i, hvordan interaktion med spredningsmedier kan påvirke struktureret OAM -lyss adfærd, repræsenterer et skridt fremad i at undersøge, hvordan det kan interagere med biologisk væv. Holdet håber, at deres omfattende undersøgelse vil stimulere yderligere undersøgelse af virkningerne af lysspredende vævsefterlignende medier, at fremme søgen efter innovativ biomedicinsk detektionsteknologi.