能源經濟及策略、新及再生能源、火力、核能及核設施除役、原子科技及民生應用的專業資訊平台



歐盟支持向量渦漩光束之散射研究以期開發量子掃描儀

出處 SPIE 作者 劉聖哲摘譯 年份 2020/09/09
報告類型 新聞報導 分類 原子科技及民生應用 資料時間 2020年9月
原始連結 原始連結

        一支由歐盟「未來新興科技開放型計畫(FET-OPEN)」之子計畫「癌症掃描(Cancer Scan)」支持的國際研究團隊,最近在「國際光電工程學會(SPIE)」出版的期刊《先進光子學(Advanced Photonics)》上,發表了一篇有關於「向量渦漩光束(vector vortex beam, VVB)」在散射介質(dispersive media)中傳播的綜合研究結果。在此篇文章中,研究團隊主要描述他們開發出一個靈活平台來產生VVB和「高斯光束(Gaussian beams)」,然後研究這兩種光束在仿生物組織特徵之介質中傳播的情形,進而展示、分析不同模式的光之空間分佈以及偏振衰減 (polarization degradation)。

        「癌症掃瞄」子計畫的整體目標是希望運用量子光學及量子力學的新思維,發展出全新的生物醫學檢測技術概念;若能利用光子在三維空間具有之「軌道角動量(orbit angular mementum, OAM)」、「量子糾纏(quantum entanglement)」及「高光譜特性(hyperspectral characteristic)」等特殊要素,將有助於開發出對人類無任何輻射風險的癌症篩檢掃描儀。

  在研究中,研究人員以直徑3.12μm聚苯乙烯乳膠顆粒和蒸餾水配成濃度為0.05%到0.12%不等的的溶液作為散射介質,來透徹分析散射過程對光之複雜空間輪廓特性造成的影響,分析重點主要著重在兩方面:空間對比度(contrast)之降低和光束之去偏振(depolarization)。

  在空間對比度下降的分析中,研究人員觀察到帶有不同OAM之不同模式的光束,不論是VVB或高斯光束,當它們被介質散射後,其對比度會隨介質濃度超過0.09%之臨界值而快速下降;而且對所有不同模式的光,此0.09%之濃度臨界值似乎都一樣。

  其次,在分析驗證光束的偏振衰減方面,研究者發現VVB的表現則與高斯光束所表現者大為不同。高斯光束經介質散射後,其均勻的偏振分佈並不會受到影響;VVB則表現出比較複雜的行為,部分VVB穿過介質歷經多次散射後會完全去偏振,而部分未與介質交互作用的VVB則仍保持其偏振結構。

  研究團隊表示:上述研究與結果可說是首次涵蓋不同模式光束,對它們在不同濃度介質中之空間分布與偏振行為做的全面分析,這些結果將有助於「結構光(structure light)」在造影(imaging)和通訊協定(communication protocol)方面應用框架之建立,而且也將能刺激更多針對結構光在不同的仿生物組織介質中其行為的進一步研究,以推動生物醫學檢測技術之創新。

圖說:經聚苯乙烯乳膠顆粒散射的向量渦漩光束。(左側圖)散射前;(右側圖)散射後。

(Source: Ilaria Gianani et. al., Transmission of vector vortex beams in dispersive media, Advanced Photonics 2(3), 036003 (22 May 2020). https://doi.org/10.1117/1.AP.2.3.036003. CC BY 4.0)