Verspreid licht door elk soort medium - of het nu vrije ruimte is of biologisch weefsel - en het licht zal verstrooid worden. Robuustheid tegen verstrooiing is een algemene vereiste voor communicatie en voor beeldvormingssystemen. Gestructureerd licht, met het gebruik van geprojecteerde patronen, is bestand tegen verstrooiing, en is daarom uitgegroeid tot een veelzijdig hulpmiddel. Vooral, modi van gestructureerd lichtdragend orbitaal impulsmoment (OAM) hebben veel aandacht getrokken voor toepassingen in biomedische beeldvorming.

OAM is een interne eigenschap van licht die een karakteristieke donutvorm verleent aan het ruimtelijke profiel. Het polarisatieprofiel van OAM-lichtmodi kan ook worden gestructureerd. Superponeer twee OAM-modi, en je kunt een vectorvortexbundel (VVB) krijgen die wordt gekenmerkt door een donutintensiteitsverdeling in de bundeldoorsnede, en met ruimtelijk variante polarisatie. VVB's worden geschikt en voordelig geacht voor kwantumtoepassingen in de medische technologie.

Een innovatieve kankerscanner

Een internationaal team van onderzoekers heeft onlangs een uitgebreide studie gepubliceerd van VVB-transmissie in verstrooiende media. Het team werkt samen onder auspiciën van het FET-OPEN-project Kankerscan van de Europese Unie, die voorstelt om een ​​radicaal nieuw verenigd technologisch concept van biomedische detectie te ontwikkelen, waarbij nieuwe ideeën in kwantumoptica en kwantummechanica worden ingezet. Het nieuwe concept is gebaseerd op uniforme transmissie en detectie van fotonen in een driedimensionale ruimte van baanimpulsmoment, verstrikking, en hyperspectrale kenmerken. theoretisch, deze elementen kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van een scanner die kanker kan screenen en kan detecteren in een enkele scan van het lichaam, zonder enig risico op straling.

Zoals uitgelegd in hun rapport, het team implementeerde een flexibel platform om VVB's en Gauss-stralen te genereren, en onderzochten hun voortplanting via een medium dat de kenmerken van biologisch weefsel nabootst. Ze demonstreren en analyseren de degradatie van zowel het ruimtelijke profiel als het polarisatiepatroon van de verschillende lichtmodi.

Klaar, doel, verstrooien

Voor zowel Gauss-bundels als VVB's, de auteurs merken op dat ruimtelijke profielen een abrupte verandering ondergaan als de concentratie van het medium boven de 0,09% stijgt:een plotselinge snelle afname van het contrast. De auteurs merken op dat de verandering te wijten is aan de aanwezigheid van een uniforme achtergrond veroorzaakt door de verstrooide componenten van de bundels.

Onderzoek naar de polarisatieprofielen, ze ontdekten dat het gedrag van VVB heel anders is dan dat van de Gauss-bundels. Gauss-bundels vertonen een uniform polarisatiepatroon dat niet wordt beïnvloed door het verstrooiingsproces. In tegenstelling tot, VVB's presenteren een complexe verdeling van polarisatie op het transversale vlak. Het team merkte op dat een deel van het VVB-signaal volledig gedepolariseerd wordt wanneer het door verstrooiende media gaat. maar een deel van het signaal behoudt zijn structuur.

Deze inzichten in hoe interactie met verstrooiende media het gedrag van gestructureerd OAM-licht kan beïnvloeden, vertegenwoordigen een stap voorwaarts in het onderzoeken hoe het kan interageren met biologisch weefsel. Het team hoopt dat hun uitgebreide studie verder onderzoek naar de effecten van lichtverstrooiende weefsel-nabootsende media zal stimuleren, om de zoektocht naar innovatieve biomedische detectietechnologie vooruit te helpen.