在头发丝般细的光纤顶端进行显微镜观察：新方法预先塑造光，实现前所未有的控制
发布时间：2024-12-04 09:32:04 阅读数： 561
贝塞尔光束、艾里光束和拉盖尔-高斯光束通过50um芯多模光纤的实验投影。这些光束是现代显微镜技术的基础。来源：阿德莱德大学
在阿德莱德大学，一个国际科研团队正引领着光学技术的新突破。他们成功研发出一种方法，使得先进的显微镜技术能够通过比人类头发还要细的光纤进行操作。这一创新不仅极大地缩小了显微镜设备的体积，还为其在医疗、科研等领域的应用开辟了全新的道路。
这项技术的核心在于对光的精确操控。传统的光学技术虽然能够通过光纤传递光，但在光纤极细的情况下，光的传播会受到严重的扭曲，导致图像质量大幅下降。阿德莱德大学的研究人员，在Ralf Mouthaan博士的带领下，成功开发了一种新方法，能够纠正这种扭曲，使得超薄光纤设备能够穿透以前无法进入的身体部位进行显微镜检查。
具体来说，研究人员通过预塑造光的方式，在光纤输出端对光束的振幅、相位和偏振进行了前所未有的精确控制。这种控制使得他们能够通过光纤投射出各种奇异的光模式，如贝塞尔光束、艾里光束和拉盖尔-高斯光束等。这些光束每一种都具有独特的特性，是现代显微镜技术的基础。
例如，贝塞尔光束以其无衍射特性和自修复能力而著称，能够在传播过程中保持光束的形状和强度；艾里光束则具有弯曲传播的特性，能够绕过障碍物继续传播；而拉盖尔-高斯光束则具有螺旋相位结构，能够用于生成光涡旋等复杂的光学现象。
通过这种方法，研究人员成功地在50微米芯径的多模光纤中投射出了这些复杂的光模式。这一成果不仅证明了新技术的可行性，还为未来的显微镜小型化提供了重要的技术支撑。
据Ralf Mouthaan博士介绍，与传统的显微镜相比，这种新型显微镜的占地面积要小得多，能够极大地减少对患者的组织损伤。同时，由于光纤的柔韧性，这种显微镜还能够到达以前无法触及的身体部位，为医生提供更全面、更准确的诊断信息。
此外，这项新技术还将有利于光片显微镜、受激发射损耗（STED）显微镜等先进显微镜技术的发展。光片显微镜能够通过一次成像一个平面来构建样品的体积图像，而STED显微镜则能够实现对直径仅为十亿分之一米的小结构进行成像。这些技术的应用将进一步推动生命科学、材料科学等领域的研究进展。
阿德莱德大学的团队现在已经开始展示第一个概念验证“内窥镜”，而诺丁汉大学的团队成员则正在致力于构建一个准备用于临床的内窥镜。未来，随着这项技术的不断成熟和完善，我们有望看到更多基于光纤的微型显微镜设备在医疗、科研等领域发挥重要作用。
