Оптическая когерентная томография (ОКТ) — мощный метод визуализации, который использует свет для получения трехмерных изображений высокого разрешения без контрастных веществ. Его широко применяют в офтальмологии для диагностики заболеваний глаз. Но у ОКТ есть ограничение: она отлично показывает структуры на разных глубинах, но с трудом захватывает очень мелкие детали на поверхности ткани.
Команда исследователей из Университета Сунь Ятсена (Китай) под руководством профессора Хаовэня Ляна нашла элегантное решение этой проблемы. Они создали сверхтонкую многоуровневую дифракционную линзу толщиной около 7 микрон, которая формирует так называемую «оптическую иглу» — луч света, который остается узким и сфокусированным на протяжении большого расстояния. Глубина фокуса достигает 2640 микрон при ширине луча всего 2,4 микрона, что дает соотношение глубины к ширине 1100:1.
Что делает эту линзу особенной? Вместо традиционной оптики с изогнутыми поверхностями она состоит из миллионов микроскопических ступенчатых структур, каждая из которых в разы тоньше человеческого волоса. Эти структуры манипулируют светом так, чтобы объединить несколько оптических функций в одном устройстве. Это не только сохраняет систему компактной и недорогой, но и позволяет создавать «оптическую иглу» с нужными параметрами.
Ученые встроили новую линзу в систему спектральной оптической когерентной томографии (SD-OCT) и сравнили ее работу с системой, использующей обычную объективную линзу с аналогичным разрешением. Результат оказался впечатляющим: замена одной линзы увеличила глубину визуализации почти в девять раз.
Что особенно захватывает, так это прирост производительности от такого простого изменения. Простая замена линзы позволила нам заглянуть намного глубже в ткани, сохранив высокое разрешение. Такого очень трудно достичь с помощью традиционных оптических конструкций.
Использование дифракционных микроструктур для управления светом стало возможным благодаря двум современным достижениям: мощным инструментам вычислительного проектирования, которые позволили рассчитать форму «оптической иглы», и прогрессу в 3D-лазерной печати, обеспечившей изготовление таких сложных структур с исключительной точностью.
Следующий шаг исследователей — сделать «оптическую иглу» динамически настраиваемой, чтобы форма и интенсивность луча могли адаптироваться к разным условиям визуализации, а также применить эту технологию для создания более простых оптических архитектур в потребительских устройствах. Работа принята к публикации в научном журнале Optics Letters.
Ранее Наука Mail рассказывала о новой быстрой технике поиска бактерий с помощью света.