利用轨道角动量的光学技术可以改变医学诊断
发布时间：2024-10-29 11:20:37 阅读数： 95
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阿斯顿大学的一位研究人员开发了一种利用光的新技术，该技术可能会彻底变革非侵入性医疗诊断和光通信。这项研究展示了如何利用一种名为轨道角动量（OAM）的光来改善穿透皮肤及其他生物组织的成像和数据传输。
由 Igor Meglinski 教授领导的研究小组发现，OAM 光具有无可比拟的灵敏度和准确性，能够使手术或活检等程序变得不再必要。此外，它还可使医生追踪疾病的进展，并制定合适的治疗方案。OAM 被定义为一种结构光束，是一种具有定制空间结构的光场。通常被称为涡旋光束，它们此前已应用于许多不同领域的发展，包括天文学、显微镜、成像、计量、传感和光通信。Meglinski 教授与芬兰奥卢大学的研究人员合作开展了这项研究，该研究在《光：科学与应用》上发表的论文《多重散射环境中光的轨道角动量的相位保存》中有详细阐述。这篇论文被国际光学和光子学会员组织 Optica 评为本年度最令人兴奋的研究成果之一。
研究表明，与常规光信号不同，OAM 即使在穿过高散射介质时也能保持其相位特性。这意味着它能够以高达 0.000001 的折射率精度检测到极其微小的变化，远远超出了许多当前诊断技术的能力。
阿斯顿光子技术研究所的 Meglinski 教授表示：“通过证明 OAM 光可以穿过浑浊或浑浊且散射的介质，这项研究为先进的生物医学应用开拓了新的可能性。”“例如，这项技术能够带来更准确且非侵入性的血糖水平监测方法，为糖尿病患者提供一种更简便、痛苦更少的方式。”
研究小组进行了一系列对照实验，让 OAM 光束通过不同浊度和折射率的介质进行传输。他们运用了先进的探测技术，包括干涉测量法和数字全息术，来捕捉和分析光的行为。他们发现实验结果与理论模型之间的一致性凸显了基于 OAM 方法的能力。
研究人员认为，他们的研究成果为一系列变革性应用奠定了基础。通过调整 OAM 光的初始相位，他们相信在未来安全光通信系统和先进生物医学成像等领域将有可能实现革命性的进步。
Meglinski 教授还说：“精确、无创的经皮血糖监测的潜力代表了医学诊断的重大突破。我的团队的方法框架和实验验证提供了对 OAM 光如何与复杂散射环境相互作用的全面理解，提升了其作为应对未来光学传感和成像挑战的多功能技术的潜力。”
